Khóa luận tốt nghiệp K37

Vị trí thanh điều khiển và sự thay đổi của các thông số được biểu diễn ở màn hình giám sát nằm ở trung tâm, và cung cấp thông tin về thanh điều khiển được lựa chọn, nhận biết vị trí cá[r]

(1)

DƯƠNG THỊ ÁNH NGỌC – 1310545

CHUẨN HĨA CÁC NHĨM THANH AN TỒN BẲNG PHƯƠNG PHÁP THẢ RƠI THANH TRÊN

HỆ MÔ PHỎNG COSI OPR 1000

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TS MAI XUÂN TRUNG

(2)

viên phịng thí nghiệm Lê Viết Huy – Khoa Kỹ thuật hạt nhân – Trường Đại học Đà Lạt tận tình hướng dẫn, hỗ trợ kiến thức, em thực thí nghiệm khảo sát đo đạc kết Hệ mô OPR 1000 Core Simulator khoa Kỹ thuật hạt nhân , giúp đỡ em hồn thiện tốt khóa luận

Em xin cảm ơn thầy, cô khoa Kỹ thuật hạt nhân Ban Giám hiệu nhà trường Trường Đại học Đà Lạt giúp đỡ, tạo điều kiện truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em năm tháng học tập, nghiên cứu trường, giúp em có điều kiện thuận lợi để hồn thành tốt khóa luận Tơi cảm ơn bạn sinh viên trang lứa lớp HNK37- khoa Kỹ thuật hạt nhân học tập, rèn luyện kỹ năng, hỗ trợ suốt năm tháng học tập trình làm khóa luận

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình ln tạo điều kiện tốt để có hội học tập, rèn luyện hồn thành khóa học Cảm ơn ba mẹ bên cạnh động viên, theo sát trình học tập, trưởng thành, cho hiểu rõ tầm quan trọng kiến thức sống

Với vốn kiến thức hạn hẹp thời gian thực khóa luận hạn chế nên sai sót điều khơng thể tránh khỏi, em mong nhận đóng góp, ý kiến phê bình quý thầy cô khoa Kỹ thuật hạt nhân Đó hành trang q giá giúp em hồn thiện kiến thức sau

Đà Lạt, ngày… tháng……năm 2017

(3)

-o0o -

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là: Dương Thị Ánh Ngọc Mã số sinh viên: 1310545

Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu hướng dẫn TS Mai Xuân Trung GVPTN Lê Viết Huy Các số liệu thực nghiệm khóa luận thực Khoa Kỹ thuật hạt nhân (A11) Trường Đại học Đà Lạt Các kết thực khoá luận hồn tồn trung thực, khơng chép từ đề tài, khoá luận hay luận văn khác nhờ người khác làm thay

Đà Lạt, ngày… tháng……năm 2017

(4)

Chữ viết tắt

Tiếng Anh Tiếng Việt

BEP Boron End Point Điểm Boron tới hạn

CBC Critical Boron Concentration Hàm lượng Boron trạng thái tới hạn CEA Control Element Assembly Bó điều khiển

Counts/sec Số đếm giây

CVCS Chemical and Volume Control System

Hệ thống điều khiển nồng độ boron thể tích nước lị phản ứng

Dilution Pha loãng

ITC Isothermal Temperature Coefficient

Hệ số đẳng nhiệt

KHNP Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd

Công ty TNHH thủy điện điện hạt nhân Hàn Quốc

KEPCO Korea Electric Power Corporation

Tập đoàn điện lực Hàn Quốc

LPPT Low Power Physics Test Kiểm tra trạng thái vật lý công suất thấp MG Manual Group Nhóm điều khiển tay

MI Manual Individual Điều khiển tay riêng lẻ MTC Moderator Temperature

Coefficient

Hệ số nhiệt độ chất làm chậm

NSSS Nuclear Steam Supply System

Hệ thống sinh

PZR Pressurizer Bộ điều áp

RCP Reactor Coolant Pump Bơm làm mát lò phản ứng

Reactivity Độ phản ứng

RodSpeed Tốc độ điều khiển

LPU Lò phản ứng

(5)

Mục Lục

MỞ ĐẦU

Chương – CƠ CẤU, CHỨC NĂNG, NGUYÊN LÝ CỦA LÒ PHẢN ỨNG OPR 1000

1.1 Lõi lò phản ứng OPR 1000

1.2 Các hệ thống khác LPU OPR1000

1.2.1 Thùng lò (Reactor Vessel- RV)

1.2.2 Bình sinh (Steam Generator)

1.2.3 Tua-bin

1.2.4 Máy phát điện 10

1.2.5 Bình điều áp 10

1.2.6 Hệ thống 11

1.3 Hệ thống làm mát Lò phản ứng OPR1000 12

Chương – HỆ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG OPR1000 CORE SIMULATOR 16

2.1 Chạy chương trình 16

2.2 Thốt chương trình 18

2.3 Vận hành điều khiển 19

2.3.1 Vị trí điều khiển 19

2.3.2 Cơng tắc chọn lựa nhóm điều khiển 22

2.3.3 PS group Select 22

2.3.4 Công tắc chọn chế độ hoạt động 23

2.3.5 Công tắc lựa chọn điều khiển 25

2.3.6 Nút rút đưa điề u khiển vào 25

2.4 Thể biểu đồ thời gian thực 25

2.4.1 Mơ hình 3D lõi LPU 26

2.4.2 Giám sát thơng số lõi lị mơ hình 2D 26

(6)

2.5.2 Thể thông tin tổng lượng Boron thêm vào rút 28

2.5.3 Nhận biết tốc độ gia nhiệt làm nguội nước làm mát LPU 28

2.6 Cảnh báo công suất cao 29

2.7 Thiết lập chương trình vận hành hệ mơ 30

2.7.1 Lựa chọn mục kiểm tra thông số vật lý mức công suất thấp 30 2.7.2 Lựa chọn đồ thị xu hướng tham số LPU thiết lập thang đo 31 2.7.3 Lựa chọn biến số mơ hình 2D lõi lò 32

2.7.4 Lựa chọn lớp chế độ 3D lõi lò 32

2.7.5 Thiết lập menu ETC 33

2.7.6 Thiết lập vị trí điều khiển thiết lập đầu 34

2.7.7 Thiết lập pha loãng thêm Boron 36

2.7.8 Thiết lập gia nhiệt làm nguội nước làm mát LPU 38

Chương – CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÒ PHẢN ỨNG 40

3.1 Sự bảo tồn neutron lị phản ứng 40

3.1.1 Quá trình sinh neutron 41

3.1.2 Quá trình mát neutron 48

3.1.3 Phương trình thơng lượng neutron 50

3.2 Sự bảo tồn hạt nhân mẹ q trình sinh neutron trễ 52

3.2.1 Sự sinh hạt nhân mẹ 52

3.2.2 Sự mát hạt nhân mẹ 52

3.3 Kết 52

3.4 Điều kiện biên 53

3.4.1 Điều kiện đầu 54

3.4.2 Điều kiện mặt tiếp xúc 54

3.4.3 Điều kiện mặt (mặt tự do) 55

3.5 Trạng thái dừng tới hạn 56

(7)

3.7 Động học lò phản ứng 67

3.7.1 Cơng thức chung ứng dụng phương trình động học điểm 67

3.7.2 Một nhóm xấp xỉ notron trễ 76

3.7.3 Sự xấp xỉ với tốc độ hệ neutron trễ không đổi 80

3.7.4 Sự xấp xỉ bước nhảy nhanh 81

3.7.5 Bước tăng tức thời 83

3.7.6 Phương pháp thả rơi điều khiển 84

Chương – THỰC NGHIỆM CHUẨN HÓA NHÓM THANH AN TOÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THẢ RƠI THANH TRÊN HỆ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG COSI OPR 1000 87

4.1 Thí nghiệm chuẩn hóa nhóm an tồn SA, SB phương pháp thả rơi 87

4.1.1 Nhóm SA 87

4.1.2 Nhóm SB 93

4.2 Thực nghiệm xác định trạng thái lị phản ứng rút nhóm SA, SB trạng thái tới hạn có nồng độ Boron 1074ppm 99

4.2.1 Rút nhóm SA 99

4.2.2 Rút nhóm SB 101

Chương – ĐÁNH GIÁ VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ 104

5.1 Tổng quan tình hình, mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu 104

5.2 Đánh giá kết nghiên cứu khóa luận 104

5.2.1 Khảo sát độ mạnh yếu nhóm an toàn 104

5.2.2 So sánh với phương pháp rút điều khiển 105

KẾT LUẬN 107

(8)

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Mơ hình nhà máy điện hạt nhân sử dụng LPU OPR1000

Hình 2: Lõi lị OPR 1000

Hình 3: Nhóm SA có màu vàng

Hình 4: Nhóm SB có màu vàng

Hình 5: Nhóm R1 có màu vàng

Hình 10: Mơ hình thùng LPU, bó LPU, bình sinh hơi, bình điều áp 12

Hình 11: Bố trí hệ thống làm mát OPR 1000 14

Hình 12: Sơ đồ kiểm soát hệ thống làm mát 15

Hình 13: Sơ đồ hoạt động hệ thống làm mát OPR 1000 15

Hình 1: Biểu tượng chương trình CoSi 16

Hình 2: Giao diện hiển thị chức điều khiển 17

Hình 3: Giao diện dùng thay đổi tham số LPU 17

Hình 4: Giao diện hình hiển thị phân bố nhóm thanh, hiển thị 2D, 3D, số tức thời 18

Hình 5: Nút chương trình 18

Hình 6: Màn hình điều khiển nhóm 19

Hình 7: Nhận biết vị trí điều khiển chọn theo mặt cắt ngang LPU 20

Hình 8: Độ sâu nhóm điều khiển lõi LPU 20

Hình 9: Vị trí trí nhóm chọn 21

Hình 10: Nhóm điều khiện lựa chọn 21

Hình 11: Cơng tắc chọn lựa nhóm an tồn, nhóm điều khiển 22

Hình 12: Cơng tắc chọn chế độ PS group Select 23

Hình 13: Cơng tắc chọn chế độ hoạt động 23

Hình 14: Khi hoạt động chế độ Standby 24

Hình 15: Cơng tắc lựa chọn điều khiển 25

Hình 16: Nút rút đưa điều khiển vào lõi LPU 25

(9)

Hình 18: Mơ hình chiều lõi LPU 26

Hình 19: Mơ hình chiều lõi LPU 27

Hình 20: Thể thay đổi thông số công suất, nhiệt độ, nồng độ Boron 27

Hình 21: Nồng độ Boron nồng độ Boron thêm vào giảm bớt 28

Hình 22: Tổng lượng Boron thêm vào rút 28

Hình 23: Tốc độ gia nhiệt làm nguội nước làm mát LPU 29

Hình 24: Cảnh bảo cơng suất vượt q mức cơng suất thiết lập 29

Hình 25: Màn hình thực điều chỉnh thơng số vật lý lõi LPU 30

Hình 26: Các mục kiểm tra thông số vật lý mức cơng suất thấp 31

Hình 27: Bảng thiết lập đồ thị xu hướng thang đo 31

Hình 28: Các biến số mơ hình 2D 32

Hình 29: Các lớp chế độ 3D 32

Hình 30: Menu chọn công cụ đếm neutron 33

Hình 31: Hộp thoại cơng cụ đếm neutron 33

Hình 32: Menu chọn thiết lập chế độ người quản trị 33

Hình 33: Hộp thoại thiết lập trạng thái tới hạn 34

Hình 34: Màn hình thể thơng số sau hệ thống thiết lập trạng thái tới hạn 34

Hình 35: Thiết lập vị trí mong muốn 35

Hình 36: Kết trước sau thiết lập 35

Hình 37: Thiết lập thơng số để thêm Boron 36

Hình 38: Lượng Boron thêm vào 36

Hình 39: Thiết lập thơng số để thêm Boron 37

Hình 40: Theo dõi lượng Boron thêm vào 37

Hình 41: Nồng độ Boron đạt giá trị cần thiết lặp 1074ppm 38

Hình 42: Thiết lập thông số để gia nhiệt nước làm mát lõi LPU 38

Hình 43: Các thơng số nhiệt độ hình giám sát gia nhiệt 39

Hình 44: Quá trình làm nguội nước làm mát 39

Hình 45: Các thơng số nhiệt độ hình giám sát làm nguội 39

Hình 1: Sự phụ thuộc ν vào lượng 41

Hình 2: Quá trình phát neutron tức thời 42

(10)

Hình 4: Cơ chế phát neutron trễ sản phẩm phân hạch 44

Hình 5: Phổ neutron trễ cho nhóm 47

Hình 6: Sơ đồ minh họa dịch chuyển neutron khỏi thể tích xét 49

Hình 7: Thơng lượng liên tục mặt tiếp xúc 54

Hình 8: Điều kiện biên mặt ngồi 55

Hình 9: Chu kỳ sống neutron lị phản ứng nhiệt 61

Hình 10: Mơ hình lị trần hình trụ hữu hạn 64

Hình 11: Nghiệm phương trình nghịch đảo 73

Hình 12: Sự phân tán bước nhảy 79

Hình 13: Phương pháp thả rơi - Lối giảm dần phân rã tiền tố neutron trễ 85

Hình 14: Độ phản ứng tương đương cho chiều dài đơn vị (đường cong vi phân) 86

Hình 15: Sự biến thiên độ phản ứng lượng mà điều khiển kéo khỏi (đường cong tích phân) 86

Hình 1: Đồ thị biễn diễn trình thay đổi độ phản ứng nhóm SA rút vị trí 8cm 88

Hình 5: Đồ thị biễn diễn q trình thay đổi độ phản ứng nhóm SA rút vị trí 300cm 92

Hình 6: Đồ thị biễn diễn trình thay đổi độ phản ứng nhóm SB rút vị trí 8cm 94

(11)

(12)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Một số thơng số thùng lị [5]

Bảng 2: Một số thông số SG [5]

Bảng 3: Mộ số thông số turbin [5] 10

Bảng 4: Một số thông số máy phát điện [5] 10

Bảng 5: Một số thông số bình điều áp [5] 11

Bảng 6: Một số thông số hệ thống [5] 11

Bảng 7: Một số thông số RCS 13

Bảng 1: Số neutron trung bình sinh phân hạch (Keepin 1965) 42

Bảng 2: Suất phát neutron trung bình phản ứng phân hạch sử dụng neutron nhiệt (Blachot 1990) 45

Bảng 3: Thông số cho nhóm neutron trễ (IAEA 2014) 45

Bảng 1: Sự thay đổi độ phản ứng trình rút nhóm SA 101

Bảng 2: Sự thay đổi độ phản ứng trình rút nhóm SB 103

Bảng 1: Thống kê độ phản ứng nhóm an tồn thu dùng phương pháp thả rơi điều khiển 104

(13)

MỞ ĐẦU

Ngành hạt nhân nước ta đời từ năm 1976 cơng trình khơi phục Lị phản ứng hạt nhân Đà Lạt hoàn thành vào cuối năm 1983 tạo bước phát triển vượt bậc nghiên cứu khoa học ứng dụng lĩnh vực

Ngày nay, kỹ thuật hạt nhân ứng dụng có hiệu nhiều ngành khác Đối với xã hội phát triển, lượng hạt nhân đóng góp vai trị quan trọng Khả ứng dụng hạt nhân rộng từ chăm sóc sức khỏe người, thúc đẩy kinh tế, nâng cao tiềm lực khoa học, công nghệ công nghiệp quốc gia đến góp phần bảo vệ mơi trường, đảm bảo an ninh lượng Điện hạt nhân năm gần quan tâm nguồn lượng gần vô tận Trên sở khoa học, Việt Nam hồn tồn có khả phát triển ngành công nghiệp hạt nhân, phục vụ cơng nghiệp hóa- điện hóa đất nước

LPU hạt nhân Đà Lạt LPU hạt nhân Việt Nam Từ bắt đầu nay, LPU hạt nhân Đà Lạt hoạt động với mục đích sản xuất đồng vị phóng xạ, phân tích kích hoạt neutron, nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ hạt nhân vào mục đích phát triển đất nước, huấn luyện đào tạo cán để phục vụ nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực, giảm thiểu tai nạn, dự đoán cố, đưa khuyến cáo an toàn cho nhân viên vận hành Chúng ta muốn xây dựng, vận hành, khai thác sử dụng nhà máy điện hạt nhân cần phải trải qua nhiều giai đoạn vấn đề đào tạo nguồn nhân lực vấn đề quan trọng trọng

Ngày 24/11/2014, trường Đại học Đà Lạt tiếp nhận thức Hệ thống mơ lò phản ứng hạt nhân đại hay Hệ thống mô OPR 1000 Core Simulator, trao tặng Hiệp hội kỹ thuật hạt nhân Hàn Quốc ( KNA), Tập đoàn Thủy điện, Điện Hạt nhân Hàn Quốc ( CRI-KHNP) Đại học Hangyang, đồng ý phủ Việt Nam Hàn Quốc Đây kiện đáng trân trọng góp phần quan trọng việc học tập nghiên cứu Vì hệ mơ tài trợ, nên bước đầu chưa khai thác, triển khai nhiều hệ thách thức lớn ngành điện hạt nhân nước nhà

(14)

luận có thêm tài liệu có ích tích lũy nhiều kiến thức quý giá phục vụ cho công việc sau

Đề tài đề cập đến chức năng, hoạt động cách vận hành Hệ thống mô OPR 1000 Core Simulator, thực hành đo đạc đánh giá thực nghiệm số trạng thái hoạt động lõi lị OPR 1000 qua hệ mơ Core Simulator Để đánh giá rõ vấn đề thực nghiệm, luận văn đề cập tới vấn đề sau:

Chương 1 Cơ cấu, chức năng, nguyên lý Lò phản ứng OPR 1000

Chương 2 Hệ thiết bị mô OPR1000 Core Simulator

Chương 3 Cơ sở lý thuyết lò phản ứng

Chương 4 Triển khai đo đạc chuẩn hóa nhóm an tồn phương pháp thả rơi hệ mô CoSi OPR 1000

(15)

Chương – CƠ CẤU, CHỨC NĂNG, NGUYÊN LÝ CỦA LỊ PHẢN ỨNG OPR 1000

Lị phản ứng hạt nhân OPR1000 Lò phản ứng hạt nhân Hàn Quốc chế tạo, phát triển Công ty Thủy điện Điện hạt nhân Hàn Quốc (KHNP) Tổng công ty Điện lực Hàn Quốc (KEPCO) Lò phản ứng OPR1000 lò nước áp lực, làm mát nước nhẹ, có cơng suất 1000 MW điện, hệ lị thơng minh, có tính an tồn cao điều khiển vận hành

Lò OPR1000 thiết kế dựa ý tưởng thiết kế Combustion Engineering, Westinghouse (Mỹ), thông qua thỏa thuận chuyển giao cơng nghệ với phủ Hàn Quốc Nhà máy điện hạt nhân sử dụng LPU OPR1000 bố trí hình sau:

1.1. Lõi lị phản ứng OPR 1000

Lõi lò ( Reactor Core) bao gồm bó nhiên liệu điều khiển hệ thống thiết bị lõi lị

Cụ thể gồm có 177 bó nhiên liệu, có 28 an tồn chia làm nhóm SA SB, có 45 điều khiển chia thành nhóm nhanh R1, R2, R3, R4 R5 Cách bố trí nhóm thể hình sau:

Khu vực turbine Tịa nhà lò

Khu vực chứa nhiên liệu

sử dụng

(16)

Nhóm SA nhóm an tồn có 12 thanh, gồm số 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 18, 19, 20, 21 Bắt đầu từ số 6, bố trí thành hai vịng theo chiều kim đồng hồ; vịng trịn có số 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 vịng ngồi có số 18, 19,20,21:

Hình 2: Lõi lị OPR 1000

(17)

Nhóm SB nhóm an tồn có 16 thanh, gồm số 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 Bắt đầu từ số 22, bố trí thành hai vịng theo chiều kim đồng hồ; vịng có số 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 vịng ngồi có số 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 Nhóm đánh giá mạnh tất nhóm

Nhóm R1 nhóm điều khiển có 12 thanh, gồm số 2, 3, 4, 5, 54, 56, 57, 59, 60, 62, 63, 65 Bắt đầu từ số 2, bố trí thành hai vòng theo chiều kim đồng hồ; vòng có số 2, 3, 4, vịng ngồi có số 54, 56, 57, 59, 60, 62, 63, 65

(18)

Nhóm R2 nhóm điều khiển có thanh, gồm số 30, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53 Bắt đầu từ số 30, bố trí thành vịng theo chiều kim đồng hồ

Hình 5: Nhóm R1 có màu vàng

(19)

Nhóm R3 nhóm điều khiển có gồm số 42, 43, 44, 45, 55, 58, 61, 64 Bắt đầu từ số 42, bố trí thành hai vogf theo chiều kim đồng hồ; vịng tong có số 42,43,44, 45 vịng ngồi có số 55, 58, 61, 64

Nhóm R4 nhóm điều khiển có thanh, gồm số 1, 31, 32, 33, 46 Bắt đầu từ số , bố trí thành hai vòng theo chiều kim đồng hồ; vòng đặc biệt có số nằm trục đối xứng vòng vịng ngồi có số 31, 32, 33, 46

(20)

Nhóm R5 nhóm điều khiển có thanh, gồm số 14, 15, 16, 17 Nhóm đặc biệt có vòng số 15 theo chiều kim đồng hồ Nhóm đánh giá yếu nhóm điều khiển

Khi nhóm lựa chọn đèn màu vàng sáng lên

1.2. Các hệ thống khác LPU OPR1000 1.2.1. Thùng lò (Reactor Vessel- RV)

Thùng lò chế tạo lớp vỏ tròn chịu lực Vật liệu nối tiếp giáp thùng lò hệ thống dẫn dòng nước bơm, bình sinh hợp kim 690 độ bền tốt nhằm chống ăn mòn Thùng lò chứa nước làm mát lò phản ứng hạt nhân, lõi lò phản ứng hạt nhân hệ thống điều khiển phản ứng phân hạch

Các thông số thể bảng:

Bảng 1: Một số thơng số thùng lị [5]

Thông số Giá trị thiết kế

Áp suất thiết kế (psia) 2500

Nhiệt độ thiết kế (oF) 650

Đường kính LPU (in) 172

(21)

1.2.2. Bình sinh (Steam Generator)

Loại lị OPR1000 có hai bình sinh bình sinh bao gồm cuộn ống hình chữ U, máy sấy khơ tích hợp với hâm nước, hai đường cấp nguồn đường cấp phụ Mỗi SG gồm có nhiều bó dạng ống hình chữ U, dịng cung cấp nước, hệ thống chuyển sang turbine, máy tách ẩm máy sấy cơng suất cao

Bình sinh sử dụng LPU nước áp lực vòng sơ cấp vòng thứ cấp Nước vòng sơ cấp không sôi áp suất cao, áp suất vòng thứ cấp thấp vòng sơ cấp Nước vịng thứ cấp sơi sau trao đổi nhiệt với nước vịng thứ cấp, nước bình sinh sau tác ẩm, nung nóng đưa qua turbine để làm quay turbine Các giá trị thiết kế bình sinh lị OPR1000 thể bảng sau:

Bảng 2: Một số thông số SG [5]

Số lượng SG

Số lượng ống SG 8214

Ống kim loại Alloy 690

Áp suất hoạt động bề mặt ống (psia) 2250 Áp suất nước công suất tối đa (psia) 1070

Nhiệt độ nước công suất tối đa (oF) 552,9 Lưu lượng nước SG công suất tối đa (lb/h) 6,36x10-6 Hơi ẩm cực đại cửa cơng suất tối đa (w/o) 0,25

1.2.3. Tua-bin

Tua-bin OPR1000 thiết kế theo nguyên lý nhiệt động lực học để đạt hiệu suất cao tiết kiệm bố trí đường

(22)

Bảng 3: Mộ số thông số turbin [5] Thông số Giá trị thiết kế

Số lượng DFHPTBN, DFLPTBN

Loại Tổ hợp sau, dòng

Tốc độ (rpm) 1800

Đầu định mức (MW) 1050

1.2.4. Máy phát điện

Hệ thống máy phát điện bao gồm máy phát điện hệ thống phụ (hệ thống điều khiển khí, phần tĩnh hệ thống nước làm mát, hệ thống dầu cách lu Hydro)

Các thông số máy phát điện thể bảng sau:

Bảng 4: Một số thông số máy phát điện [5]

Số lượng

Loại Dẫn hướng (làm mát nước)

Điện áp định mức 22kV, pha

1.2.5. Bình điều áp

Bình điều áp phận LPU nước áp lực LPU nước áp lực yêu cầu nước làm mát vịng sơ cấp ln dạng lỏng thời điểm Do vậy, nước vòng sơ cấp cần phải trì áp suất đủ cao để nước vịng sơ cấp khơng sơi LPU vận hành

(23)

Bảng 5: Một số thơng số bình điều áp [5]

Thơng số Giá trị thiết kế

Áp suất hoạt động (psia) 2250

Nhiệt độ hoạt động (oF) 652,7

Thể tích trống (ft3) 1800

Công suất gia nhiệt (kW) 1800

1.2.6. Hệ thống

Hệ thống thiết kế để trì thời gian làm nhiệm vụ địa chấn dập lò an tồn, phân phối tới turbine qua bình ngưng thơng qua bơm để quay trở lại bình sinh Hệ thống chứa van an toàn để ngăn chặn áp suất hệ thống vượt giới hạn định mức

Ngồi ra, hệ thống chứa van xả khí bốn dịng phép khả kiểm sốt thời gian làm mát cho bình sinh van cách ly đóng lại

Bảng 1.6 trình bày số thơng số hệ thống

Bảng 6: Một số thông số hệ thống [5]

Tổng lưu lượng nước (lb/h) 12,72x106

Áp suất đầu bình sinh (psia) 1070

(24)

1.3. Hệ thống làm mát Lò phản ứng OPR1000

Hệ thống làm mát lõi Lò phản ứng OPR1000 bao gồm hai vòng, bao gồm vòng làm mát sơ cấp làm mát thứ cấp

Hệ thống làm mát lõi Lò phản ứng (Reactor Cooling System - RCS) trao đổi nhiệt nhằm ngăn cản giải phóng chất phóng xạ từ lõi LPU tới vịng thứ cấp ngồi khơng khí , giảm nhiệt độ lõi lị để lị khơng bị nóng chảy

Các phận hệ thống làm mát bao gồm thùng Lị phản ứng, hai bình sinh hơi, bốn bơm làm mát, hệ thống bố trí đối xứng qua thùng Lị phản ứng bình điều áp bố trí bên cạnh thùng lị Tất phận nằm tòa nhà lò kết nối với ống lưu dẫn Bảng trình bày số thơng số hệ thống làm mát lõi lò OPR1000

Vòng sơ cấp gồm thùng lị hai vịng làm mát tuần hồn; vịng có chân nóng, hai chân lạnh, bình sinh hai máy bơm nước làm mát lò phản ứng, đường ống dẫn tuần hồn, bình điều áp kết nối với hai vòng để trì áp suất nước theo mức quy định

Vịng làm mát thứ cấp gồm bình sinh hơi, tua bin, bình ngưng tụ, máy phát Hình 10: Mơ hình thùng LPU, bó LPU, bình sinh

(25)

quay nước bình sinh nối với máy phát Máy phát pha có điện áp 24Kv, tần số 60Hz Hệ thống làm mát , sơ đồ hoạt động hệ thống làm mát thể hình 1.11 , 1.12, 1.13

Bảng 7: Một số thông số RCS

Công suất (MWth) 2815

Đường kính ống nóng (in) 42

Đường kính ống lạnh (in) 30

Áp suất hoạt động (psia) 2250

Nhiệt độ đầu vào lò (oF) 564,5

Nhiệt độ đầu lò (oF) 621,2

Tổng thể tích làm mát lị (ft3) 10023

Số lượng bơm làm mát lò

Cột áp định mức (ft) 337

Tốc độ bơm (rpm) 1190

Số lượng hệ thống nhiên liệu 177

Thanh nhiên liệu đốt cháy lớn (MWD/MTU) 60000

Loại bó nhiên liệu 1616

Số lượng nhiên liệu bó nhiên liệu 236

Tổng số nhiên liệu lõi 41772

(26)

Chất liệu vỏ bọc nhiên liệu Zircaloy-4

Chất hấp thụ cháy Gd2O3-UO2

Đường kính viên nhiên liệu (in) 0,325

Chiều dài viên nhiên liệu (in) 0,39

Đường kính nhiên liệu (in) 0,382

Độ dày vỏ bọc nhiên liệu (in) 0,025

Chiều cao hoạt động nhiên liệu (in) 150

Đường kính tương đương lõi (in) 123

(27)

Hình 12: Sơ đồ kiểm soát hệ thống làm mát

(28)

Chương – HỆ THIẾT BỊ MƠ PHỎNG OPR1000 CORE SIMULATOR

Cấu hình phần mềm mô OPR1000 CORE SIMULATOR: Phần mềm CoSi bao gồm: mơ-đun kiểm tra thơng số LPU, mô-đun biểu đồ theo thời gian thực, mô-đun vận hành điều khiển, mô-đun thiết lập người dùng, mô-đun thể mơ hình 2D, 3D lõi LPU, mơ-đun cảnh bảo công suất cao, mô-đun thiết lập trao đổi nhóm dập lị RAST-K

 Mơ-đun kiểm tra thơng số LPU: Kiểm tra thay đổi giá trị thơng số gắn liền với LPU;

 Mô-đun biểu đồ theo thời gian thực: Cung cấp giá trị theo thời gian thực biểu đồ Công suất, ASI, T-mod, Boron, Độ phản ứng đến người dùng;  Mô-đun vận hành điều khiển: Cho phép người dùng lựa chọn

nhóm điều khiển điều khiển ( đưa vào rút ra);  Mô-đun thiết lập người dùng: Cho phép người dùng thiết lập bước kiểm tra, thiết lập biểu đồ thời gian thực, thiết lập thể mơ hình 2D 3D, điều khiển công tắc thiết lập đầu ra, thiết lập việc pha loãng thêm Boron, thiết lập tăng nhiệt độ hay làm giảm nhiệt độ hệ thống nước làm mát LPU;  Mơ-đun thể mơ hình 2D, 3D lõi LPU: cung cấp không gian ba chiều

thể phân bố công suất LPU Thông lượng neutron nhanh, thông lượng neutron nhiệt, nhiệt độ chất làm chậm, nhiệt độ nhiên liệu thể mơ hình hai chiều;

 Mô-đun cảnh báo công suất cao: Thiết lập cảnh báo công suất vượt công suất thiết lập người dùng;

 RAST-K: Thuật tốn tính tốn thống số vật lý

Chương trình mơ OPR 1000

2.1. Chạy chương trình

Để chạy chương trình, nhấp đúp chuột vào biểu tượng chương trình (CoSi.exe) đặt hình Hình thể biểu tượng để khởi động chương trình CoSi

(29)

Hệ Core OPR1000 gồm hình hiển thị Hình 2.2, hình 2.3, hình 2.4 giao diện hiển thị hình khởi động hồn tất

(30)

2.2. Thốt chương trình

Nhấp chuột vào nút EXIT góc bên phải hình máy tính để khỏi chương trình Vị trí nút EXIT thể hình 2.5

Hình 4: Giao diện hình hiển thị phân bố nhóm thanh, hiển thị 2D, 3D, số tức thời

(31)

2.3. Vận hành điều khiển

Chức thực vận hành công tắc chọn điều khiển, nằm phía hình giám sát, cho phép chọn chế độ điều khiển nhóm điều khiển khác Sự hiển thị hoạt động điều khiển gồm có số nhóm điều khiển lựa chọn, cơng tắc chọn lựa nhóm điều khiển, công tắc chọn lựa PS, công tắc chọn lựa chế độ điều khiển, công tắc chọn lựa điều khiển, nút đưa nhóm điều khiển vào rút điều khiển khỏi LPU

2.3.1. Vị trí điều khiển

Vị trí điều khiển thay đổi thông số biểu diễn hình giám sát nằm trung tâm, cung cấp thông tin điều khiển lựa chọn, nhận biết vị trí điều khiển, nhận biết vị trí điều khiển lựa chọn, thể thông số công suất, nhiệt độ nước làm mát, nồng độ Boron thể tổng lượng thêm giảm Boron, thể tốc độ tăng nhiệt độ giảm nhiệt chất làm mát LPU đến người sử dụng

a. Nhận biết điều khiển chọn

Nhận biết vị trí điều khiển ta nhìn từ phía lõi LPU, điều khiển lựa chọn bạn muốn điều khiển đưa điều khiển vào rút điều khiển khỏi lõi lò Nhóm điều khiển lựa chọn thể màu vàng Hình 2.7 thể nhóm điều khiển lựa chọn

(32)

Hình 2.8 thể vị trí nhóm điều khiển ( SA, SB, R1, R2, R3, R4, R5 ) biểu đồ dạng sỗ:

Hình 7: Nhận biết vị trí điều khiển chọn theo mặt cắt ngang LPU

(33)

b. Nhận biết vị trí điều khiển lựa chọn

Sự nhận biết vị trí điều khiển lựa chọn, thể vị trí điều khiển nhóm điều khiển người sử dụng lựa chọn Khi điều khiển rút đưa vào LPU, thể thời gian thực Hình 2.9 thể vị trí nhóm chọn

Bảng hiển thị nhóm điều khiển lựa chọn có chức hiển thị nhóm điều khiển mà người sử dụng chọn

Hình 9: Vị trí trí nhóm chọn

(34)

2.3.2. Cơng tắc chọn lựa nhóm điều khiển

Cơng tắc chọn lựa nhóm điều khiển có chức cho phép người sử dụng có quyền chọn nhóm cho việc rút đưa vào lõi LPU từ nhóm SA, SB, R1, R2, R3, R4, R5, P1 Quá trình hoạt động biểu diễn cách nhấp chuột theo mũi tên bên phải hoạt bên trái bên Hình 2.11 thể cơng tắc để lựa chọn nhóm điều khiển

Chức có số từ số đến số chữ P tương ứng với nhóm sau:

 Vị trí số tương ứng với nhóm SA

 Vị trí số tương ứng với nhóm SB

 Vị trí số tương ứng với nhóm R1

 Vị trí số chữ P hệ thống chưa phát triển

2.3.3. PS group Select

PS chọn switch có khả để lựa chọn chức P1, P2, P3, PS người sử dụng Các hoạt động hiển thị cách nhấp chuột vào mũi tên sang bên phải bên trái Hình 2.12 thể cơng tắc chọn chế độ PS

(35)

2.3.4. Công tắc chọn chế độ hoạt động

Công tắc chọn chế độ hoạt động có chức cho phép chọn lựa chế độ SB, MB, MO, AS Quá trình hoạt động thực cách nhấp chuột theo mũi tên sang bên phải bên trái Hình 2.13 thể cơng tắc chọn chế độ hoạt động

Hình 12: Công tắc chọn chế độ PS group Select

(36)

a. Chế độ tiêu chuẩn (Standby)

Khi chọn chế độ tiêu chuẩn, thông số giá trị để thay đổi thông số thiết lập sẵn.Khi chọn chế độ Standby, đèn chế độ bật lên, thể hình 2.14

b. Chế độ điều khiển riêng lẻ (Manual individual)

Khi chọn chế độ điều khiển riêng lẻ, đèn chế độ bật lên Khi chọn chế độ này, người dùng rút đưa điều khiển vào lõi LPU Nhưng chế độ khơng làm việc chúng khơng sử dụng để tính tốn vật lý lị mức công suất không

c. Chế độ điều khiển nhóm (Manual group)

Khi chọn chế độ điều khiển theo nhóm, đèn chế độ bật lên Khi chọn chế độ này, người dùng rút đưa nhóm điều khiển (SA, SB, R1, R2, R3, R4, R5, P1) vào lõi LPU Việc tính tốn trạng thái vật lý sử dụng chế độ

d. Chế độ điều khiển theo thứ tự (Manual sequential)

Khi chọn chế độ điều khiển theo thứ tự, đèn chế độ bật lên Khi chọn chế độ này, người dùng rút đưa nhóm điều khiển (SA, SB, R1, R2, R3, R4, R5, P1) vào lõi LPU bao gồm việc kết hợp nhóm Việc tính tốn trạng thái vật lý sử dụng chế độ điều khiển rút để lò đạt trạng thái tới hạn ban đầu

e. Chế độ tự động (Auto sequential)

Khi chọn chế độ tự động, đèn chế độ bật lên Ở chế độ này, điều khiển điểu khiển với hệ thống điều khiển phần mềm, phần mềm giúp hệ thống vận hành tương tự hoạt động chế độ Manual

(37)

2.3.5. Công tắc lựa chọn điều khiển

Công tắc lựa chọn điều khiển sử dụng để lựa chọn chuyển đổi hoạt động mong muốn từ 73 điều khiển Quá trình hoạt động thực cách nhấp chuột theo mũi tên bên phải bên trái hình 2.15

2.3.6. Nút rút đưa điề u khiển vào

Khi muốn đưa điều khiển vào rút điều khiển khỏi LPU, nhấn giữ chuột biểu tượng mũi tên hình 2.16 để thực chức rút đưa điều khiển vào lõi LPU

2.4. Thể biểu đồ thời gian thực

Màn hình biểu đồ thời gian thực hiển thị trình tăng giảm biến số (công suất, ASI, nhiệt độ nước làm mát, Boron, độ phản ứng), có khả hiển thị phân bố công suất theo trục LPU Các giá trị khác bị thay đổi

Hình 15: Công tắc lựa chọn điều khiển

(38)

người vận hành cách (đưa điều khiển vào rút điều khiển ra, thêm Boron vào pha loãng…) hiển thị biểu đồ hình 2.17

2.4.1. Mơ hình 3D lõi LPU

Mơ hình 3D có khả hiển thị hình hiển thị hình thức chiều mơ hình lõi LPU thời gian thực phân bố đầu lõi LPU, hiển thị lớp lõi LPU có kết hợp sáu lớp Hình 2.18 trình bày mơ hình chiều lõi LPU

2.4.2. Giám sát thơng số lõi lị mơ hình 2D

Có thể xem mơ hình chiều lõi LPU cách chọn hiển thị chức Hình 17: Biểu đồ thời gian thực

(39)

lượng neutron nhanh, thông lượng neutron nhiệt, nhiệt độ chất làm chậm, nhiệt độ nhiên liệu Hình 2.19 thể mơ hình chiều lõi LPU

2.5. Nhận biết thông số như: Công suất/ nhiệt độ nước làm mát LPU/ Boron

Sự thay đổi số cung cấp thông tin công suất, nhiệt độ, boron đến người sử dụng Hình 2.20 thể thay đổi thông số công suất, nhiệt độ

2.5.1. Thể tổng nồng độ Boron

Thể tổng lượng Boron (hoặc nước) có lõi LPU bạn nhấp chuột vào BORATION để thêm Boron giảm Boron bạn nhấp chuột vào DILUTION Các thông số nồng độ Boron thể hình 2.21

Hình 19: Mơ hình chiều lõi LPU

(40)

2.5.2. Thể thông tin tổng lượng Boron thêm vào rút

Thể lượng tổng lượng Boron (hoặc nước) thêm vào nhấp chuột vào BORATION lượng Boron giảm xuống nhấp chuột vào DILUTION Hình 2.22 thể tổng lượng Boron thêm vào rút

2.5.3. Nhận biết tốc độ gia nhiệt làm nguội nước làm mát LPU

Chỉ số tốc độ gia nhiệt làm nguội nhiệt độ nước làm mát có chức hiển thị tốc độ làm mát gia nhiệt Hình 2.23 thể tốc độ thay đổi nhiệt độ nước làm mát lõi LPU

Hình 21: Nồng độ Boron nồng độ Boron thêm vào giảm bớt

(41)

2.6. Cảnh báo công suất cao

Thông báo công suất tăng cao bỏ qua cảnh báo cài đặt sẵn hệ mô xuất hình giá trị cơng suất tăng cao giá trị công suất bạn cài đặt, giống nhà máy thực với bốn kênh cho việc tiến hành bỏ qua cảnh báo Nếu bạn không tiến hành bỏ qua cảnh báo, hệ thống tự động đưa tồn nhóm điều khiều nhóm an tồn xuống vị trí sâu LPU

a. Cảnh báo

Cảnh báo xuất 10 giây từ kênh A tới kênh D, sau phút kênh D cảnh báo Nếu cảnh báo xảy kênh A, hình cảnh báo xuất hình giám sát nằm phía bên phải đèn Permissive có màu xanh Khi công suất vượt mức thiết lập, cảnh báo xuất hình 2.24

(42)

b. Thao tác bỏ qua

Nhấp chuột vào dấu mũi tên phía bên phải để thực thao tác bỏ qua kênh

2.7. Thiết lập chương trình vận hành hệ mô

Bảng điều khiển hình giám sát nằm góc bên phải có chức lựa chọn kiểm tra đặc trưng mức công suất không, lựa chọn đồ thị theo thông số LPU thiết lập thang đo, lựa chọn mơ hình 2D, 3D, lớp lõi LPU, thiết lập vị trí điều khiển, thiết lập đầu ra, việc thêm pha loãng Boron, gia nhiệt hay làm nguội nước làm mát

2.7.1. Lựa chọn mục kiểm tra thông số vật lý mức công suất thấp Lựa chọn năm mục phần TEST STEP để kiểm tra thông số vật lý mức công suất thấp (LPPT), thiết lập ban đầu cần thiết cho LPPT Các mục phần để thực hành LPPT đào tạo Hình 2.26 thể mục kiểm tra thông số vật lý mức công suất thấp

(43)

2.7.2. Lựa chọn đồ thị xu hướng tham số LPU thiết lập thang đo

Chức phần để hiển thị đồ thị thời gian thực Thiết lập thang đo chọn đồ thị xu hướng sử dụng để thiết lập hiển thị đồ thị năm biến số (công suất, ASI, nhiệt độ, Boron, độ phản ứng) thiết lập thang đo cho đồ thị Hình 2.27 thể bảng thiết lập đồ thị đồ thị thời gian thực thiết lập thang đo cho đồ thị

Hình 26: Các mục kiểm tra thơng số vật lý mức công suất thấp

(44)

2.7.3. Lựa chọn biến số mơ hình 2D lõi lị

Ở chế độ 2D, người dùng biến số sau: Công suất, thông lượng neutron nhanh, thông lượng neutron nhiệt, nhiệt độ chất làm chậm, nhiệt độ nhiên liệu Hình 2.28 thể bảng chọn biến số để biểu diễn chế độ chiều

Thiết lập mặc định hiển thị 2D công suất Sau người dùng lựa chọn biến số khác, nhấp chuột vào biến số để thiết lập hiển thị 2D, cuối nhấp chuột vào nút SELECT

2.7.4. Lựa chọn lớp chế độ 3D lõi lò

Lựa chọn lớp chế độ 3D lõi lò cho phép hiển thị lớp tất lớp lõi lị chế độ chiều Hình 2.29 thể bảng chọn lớp lõi LPU để biểu diễn chế độ chiều

(45)

Thiết lập mặc định hiển thị tất lớp, người dùng thay đổi cách nhấp chuột vào lớp muốn hiển thị, cuối nhấp chuột vào nút SELECT

2.7.5. Thiết lập menu ETC

a. Số đếm Neutron

Công cụ đếm neutron có thang đếm theo thời gian 10s 100s Để tính số neutron sinh 1s ta chia cho tổng thời gian đếm 10s hay 100s tuỳ theo tổng thởi gian đếm mà ta chọn

b. Thiết lập chế độ Administrator

Hình 30: Menu chọn cơng cụ đếm neutron

Hình 31: Hộp thoại cơng cụ đếm neutron

(46)

Ta đặt mức công suất mục Hi Log Power 0.01; sau kích chuột vào Critical Status để hệ thống thiết lặp trạng thái tới hạn Để kết thúc kích chuột vào nút OK

2.7.6. Thiết lập vị trí điều khiển thiết lập đầu

Thiết lập vị trí điều khiển chức cho phép người sử dụng thay đổi vị trí điều khiển tới vị trí mong muốn, thiết lập vị trí mong muốn cho vị trí điều khiển Tất rút ngồi vị trí mong

Hình 33: Hộp thoại thiết lập trạng thái tới hạn

(47)

muốn tất đưa vào vị trí mong muốn Tính đầu tính tốn cách tự động giá trị đầu vào điều khiển RAST-K Việc thiết lập đầu thiết lập cách trực tiếp người sử dụng để đầu mong muốn

Thiết lập vị trí điều khiển

Nhập giá trị 381 vào ô R5, R4 R3, R2, R1 SA, nhập giá trị 350 vào ô SB từ mục RESET, sau nhấp chuột vào nút RUN Tương tự với vị trí mong muốn khác

Kiểm tra hình hiển thị nhóm điều khiển Vị trí điều khiển thị hình 2.36

Hình 35: Thiết lập vị trí mong muốn

(48)

2.7.7. Thiết lập pha loãng thêm Boron

Thiết lập pha loãng thêm Boron chức cho phép thực việc pha loãng thêm Boron để tiến tới trạng thái tới hạn đào tạo việc kiểm tra thông số đầu mức công suất khơng, có chức thiết lập tổng lượng thêm vào tốc độ thêm nước Boron

Nhấp chuột vào nút Dilution ( Boration) để thực pha loãng ( thêm) Boron Để tạm dừng việc thêm pha lỗng Boron bạn nhấp chuột lần vào nút Boration (dilution) Hình 2.37, hình 2.38 trình bày bước thực thêm Boron Hình 2.39, hình 2.40 trình bày bước thực pha lỗng Boron

a. Thực thêm Boron

Nhập tổng lượng phun vào 600 LITERx10 tốc độ phun 60L/M dung dịch Boron từ mục MAKEUP Control, tiếp nhấp chuột vào nút Boration

Kiểm tra nồng độ Boron, lượng Boron phun vào, tổng lượng Boron phun vào hình giám sát

(49)

b. Thực pha loãng Boron

Nhập tổng lượng phun vào 600 LITERx10 tốc độ phun 60L/M từ mục MAKEUP Control, sau nhấp chuột vào nút Dilution Sự pha lỗng tiến hành không tiến hành, cách hiển thị màu nút

Kiểm tra nồng độ Boron, lượng Boron phun vào, tổng lượng Boron phun vào hình giám sát

c. Ngừng việc thêm pha loãng Boron

Nếu muốn ngừng việc cấy pha loãng Boron để đạt giá trị cần thiết 1074 ppm, nhấp chuột vào nút STOP mục MAKEUP Control

Hình 39: Thiết lập thông số để thêm Boron

(50)

2.7.8. Thiết lập gia nhiệt làm nguội nước làm mát LPU

Việc thiết lập gia nhiệt làm nguội nước làm mát LPU có chức thực kiểm tra hệ số nhiệt độ đẳng nhiệt, thiết lập tốc độ gia nhiệt làm nguội nước làm mát LPU

Nhấp chuột vào nút Cooling( Heating) bạn muốn gia nhiệt làm nguội Hình 2.42, hình 2.43 trình bày bước thực gia nhiệt nước làm mát lõi LPU Hình 2.44, hình 2.45 trình bày bước thực làm nguội nước làm mát lõi LPU

a. Gia nhiệt nước làm mát lõi LPU

Nhập tốc độ phần Heating từ mục Tmod Control, nhấp chuột vào nút Heating Trong q trình gia nhiệt, nút Heating có màu vàng

Hình 41: Nồng độ Boron đạt giá trị cần thiết lặp 1074ppm

(51)

Kiểm tra nhiệt độ trung bình tốc độ gia nhiệt hình giám sát

b. Làm nguội nước làm mát lõi LPU

Nhập tốc độ phần Cooling từ mục Tmod Control, nhấp chuột vào nút Cooling Trong trình làm nguội nước làm mát, nút Cooling có màu vàng

Kiểm tra nhiệt độ trung bình tốc độ làm nguội nước làm mát hình giám sát

Hình 43: Các thơng số nhiệt độ hình giám sát gia nhiệt

Hình 44: Quá trình làm nguội nước làm mát

(52)

Chương – CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÒ PHẢN ỨNG 3.1. Sự bảo tồn neutron lị phản ứng

Nhằm xác định phân bố neutron lị phản ứng, từ tạo sở tính toán tốc độ phản ứng độ ổn định phản ứng phân hạch dây chuyền lò ta đưa phương trình khơng thời gian neutron Qua q trình phân tích q trình neutron dịch chuyển lị (tương tác tán xạ với nguyên tử ngun tố có mặt lị bị hấp thụ khỏi vùng lị), xác định phân bố neutron Hầu hết nghiên cứu lý thuyết lò phản ứng coi dịch chuyển neutron tương tự trình khuếch tán Giả sử dịch chuyển neutron tương tự trình khuếch tán nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao (độ tập trung cao) đến nơi có nhiệt độ thấp (độ tập trung thấp), khuếch tán phân tử khí từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp Ta nói xác phương trình khơng thời gian neutron phương trình khuếch tán neutron Lưu ý phương trình khuếch tán không khả dụng biên hay mội trường có tiết diện hấp thụ lớn Ta bỏ qua khơng xem xét phương trình vận chuyển neutron phần nghiên cứu tính khơng khả thi giải phương trình cho dù trường hợp đơn giản diễn tả xác q trình xảy lị phản ứng dạng phương trình cân neutron

Nguyên lý việc dẫn xuất phương trình dựa bảo toàn số neutron số hạt nhân mẹ phần thể tích khơng gian vùng lượng Phương trình động học neutron lị phản ứng không thời gian kết hai phương trình vi phân tách biệt nhau, cho thơng lượng neutron cho độ tập trung hạt nhân mẹ sinh neutron trễ Sự thay đổi số neutron phần thể tích dVdE cho chênh lệch số neutron sinh biến thể tích đó, viết đơn giản sau:

Trong Np số neutron sinh Nd số neutron

Trong thể tích trên, số hạt nhân mẹ sinh neutron trễ sinh hủy nên:

(53)

Trong phần tiếp theo, phần sinh trình bày rõ để đưa phương trình động học theo khơng thời gian

3.1.1. Quá trình sinh neutron

Sự sinh neutron dẫn đến khả trì phản ứng dây chuyền kết quan trọng phản ứng phân hạch Phần lớn neutron sinh tức thời (khoảng 10-14 giây sau phản ứng phân hạch) neutron gọi neutron tức thời Một phần nhỏ neutron sinh phân hạch xuất sau hay gọi neutron trễ Số neutron tức thời sinh khác cho phản ứng phân hạch, thông thường vào khoảng từ ~ neutron Số neutron sinh trung bình cho phản ứng phân hạch cần thiết cho việc tính tốn sau Hệ số ký hiệu bao gồm neutron tức thời neutron trễ:

Độ lớn hệ số tìm thấy theo thực nghiệm phụ thuộc vào hạt nhân phân hạch lượng neutron tới Có thể thấy gần phụ thuộc tuyến tính vào lượng neutron tới:

(3.1)

(3.2)

(54)

Đối với 238U ngưỡng cho phản ứng phân hạch neutron nhanh E≥ 1.2 MeV Số neutron sinh thơng thường Pu lớn U Các giá trị thực

nghiệm cho bảng 3.1

Bảng 1: Số neutron trung bình sinh phân hạch (Keepin 1965)

Đồng vị a Vùng lượng (MeV)

233U 2.482

2.410

0.075

0.136

0 ≤ E ≤

E >

235U

2.432

2.349

0.065

0.150

0 ≤ E ≤

E >

238U 2.304 0.160 E ≥ 1.2 (ngưỡng)

239Pu

2.867

2.907

0.148

0.133

0 ≤ E ≤

E >

a. Quá trình sinh neutron tức thời

Trong phản ứng phân hạch, mảnh hạt nhân phân hạch tạo thành trạng thái kích thích Một nhiều neutron tức thời sinh lượng kích thích E’ lớn lượng liên kết Eb neutron mảnh phân hạch Trong trường hợp đó, có hai q trình cạnh tranh xảy để hạt nhân kích thích trở trạng thái ổn định hơn: phát γ phát neutron Hai trình thể hình 3.2:

(55)

Năng lượng kích thích khác nên có phân bố lượng liên tục cho xạ γ neutron tức thời Cả hai phân bố phụ thuộc vào lượng, phổ neutron tức thời, , dùng để xác định xác suất phát neutron

khoảng từ E đến E+dE, chuẩn hóa sau:

Phương trình phân bố thực nghiệm cho 235U cho sau (Larmash 1966):

Và biểu thị hình 3.3

Tổng số neutron sinh phân hạch phần thể tích dV là:

Vậy tổng số neutron tức thời sinh phân hạch là:

Trong β tỷ phần neutron trễ

(3.3)

(3.4)

Neutron tức thời

Năng lượng E

Hình 3: Phổ neutron tức thời 235U

(3.5)

(56)

b. Quá trình sinh neutron trễ

Hầu hết sản phẩm phân hạch hạt nhân trạng thái không ổn định, phần lớn chúng phát xạ β (kèm phát ) để trở trạng thái bền hạt nhân mẹ phát neutron trễ Cơ chế trình phát neutron trễ cho hình 3.4

Giả sử ta có hạt nhân Z-1XA mảnh hạt nhân phân hạch, hạt nhân phát β Sau khoảng thời gian định sau phân hạch, hạt β phát với neutrino Hạt nhân hình thành có lượng kích thích lớn hay nhỏ phụ thuộc vào lượng hạt β phát Nếu lượng hạt β phát đạt cực đại với lượng kích thích ban đầu hạt nhân mẹ hạt nhân sản phẩm trạng thái bền

Quá trình phát neutron trễ hạt nhân ZXA xảy lượng kích thích E* lớn lượng liên kết neutron Vì vậy, hạt nhân Z- 1XA hạt nhân mẹ sinh neutron trễ (năng lượng kích thích ban đầu) lớn với lượng liên kết neutron hạt nhân ZXA:

Từ hệ thức này, ta dễ dàng nhận thấy có số sản phẩm phân hạch hạt nhân mẹ sinh neutron trễ Đối với hạt nhân phân hạch có số neutron trễ định sinh ) phản ứng phân hạch

Hạt nhân mẹ Hạt nhân phát Sản phẩm cuối

Hình 4: Cơ chế phát neutron trễ sản phẩm phân hạch

(57)

Tỷ phần neutron trễ xác định tỷ số:

Thực nghiệm cho thấy tỷ phần neutron trễ thường nhỏ (<1%) Giá trị thực nghiệm suất phát neutron trễ trung bình phản ứng phân hạch sử dụng neutron nhiệt cho bảng 3.2

Bảng 2: Suất phát neutron trung bình phản ứng phân hạch sử dụng neutron nhiệt (Blachot 1990)

Hạt nhân β

233U 0.00667 0.0027

235U 0.0166 ± 3% 0.0068

239Pu 0.00654 ± 4% 0.0023

241Pu 0.0154 0.0052

238U* 0.043-0.047 0.0158

Phần giá trị phần trăm phản ánh sai số giá trị thực nghiệm tổng hợp  Các nhóm neutron trễ

Biết suất phát neutron trễ hạt nhân phân hạch khác chưa đủ cho tính tốn phương trình động học, cần phải nắm rõ thời gian trễ phản ứng phân hạch thời điểm phát neutron trễ Theo thực nghiệm, neutron trễ chia thành nhóm dựa suất phát neutron thời gian trễ sinh (Keeplin 1965)

Các thơng số nhóm neutron trễ cho bảng 3.3

Bảng 3: Thơng số cho nhóm neutron trễ (IAEA 2014)

Nhóm (i) Hạt nhân mẹ

Năng lượng trung bình (MeV)

Thời gian sống trung bình nhóm (s)

Tỷ phần neutron trễ (%)

235U 239Pu 233U 235U 239Pu 233U 87Br, 142Cs 0.25 55.72 54.28 55.0 0.021 0.0072 0.0226

(58)

2 137I, 88Br 0.56 22.72 23.4 20.57 0.142 0.0626 0.0786 138I, 89Br,

(93,94)Rb

0.43 6.22 5.60 5.00 0.127 0.0444 0.0658

4

139I, (93,04)Kr, 143Xe, (90,92)Br

0.62 2.3 2.13 2.13 0.257 0.0685 0.0730

5 140I, 145Cs 0.42 0.61 0.618 0.615 0.075 0.018 0.0135 (Br, Rb,

As,…)

- 0.23 0.257 0.277 0.027 0.0093 0.0087

Tổng 0.65 0.21 0.26

 Phổ neutron trễ

Từ phần thảo luận trên, ta nhận thấy số neutron trễ sinh phản ứng phân hạch, νd , thay đổi cho loại đồng vị phân hạch khác phụ thuộc vào lượng neutron kích hoạt phản ứng phân hạch ban đầu

Tương tự với phổ neutron tức thời, ta đưa khái niệm phổ neutron trễ để mô tả phân bố neutron trễ theo lượng Phân bố neutron trễ phụ thuộc vào nhóm, hay có phổ neutron trễ cho hạt nhân mẹ đồng vị phân hạch sản phẩm Công việc xác định phổ đề tài nghiên cứu nghiên cứu vật lý lò phản ứng, sở liệu luôn cập nhật (ENDF/B-VI)

(59)

Sau định nghĩa thông số bản, ta bắt đầu xác định số neutron trễ sinh Ta gọi Ci mật độ hạt nhân mẹ nhóm i có phần thể tích xét (phụ thuộc theo thời gian vị trí lị) Ta có CidV số hạt nhân mẹ họ i sinh neutron trễ phần tử thể tích dV Dựa theo định nghĩa số phân rã, hạt nhân mẹ sinh λiCidVdt neutron khoảng thời gian dt Bằng việc nhân thêm xác suất sinh neutron trễ hạt nhân mẹ họ i tính đến tổng tất họ hạt nhân mẹ, số neutron trễ trung bình sinh khoảng lượng dE phần tử thể tích dV qua khoảng thời gian dt

c. Neutron xuất tương tác va chạm vào thể tích xét

Neutron sinh phần tử thể tích dV với độ thay đổi lượng dE trao đổi lượng thông qua trình va chạm với hạt nhân ngun tử có mặt phần thể tích dV

Số neutron sinh va chạm phần thể tích dV với khoảng lượng dE’ khoảng thời gian dt cho bởi:

Nhóm 1 Nhóm 2 Nhóm 3

Năng lượng (keV)

Hình 5: Phổ neutron trễ cho nhóm

(3.9)

(60)

Ta xét P(E’ E)dE xác suất neutron lượng E’ trải qua va chạm đưa đến khoảng lượng E E+dE Độ lớn xác suất nói phụ thuộc hồn tồn vào quy luật va chạm

biểu thị số neutron phần tử thể tích dE’dV xuất phần tử thể tích dEdV khoảng thời gian dt Xét đến tổng phần tử dE’dV để lấy tồn neutron va chạm được:

hay

3.1.2. Quá trình mát neutron

a. Neutron mát qua trình hấp thụ

Tổng số neutron phần tử thể tích dVdE khoảng thời gian dt thể thông qua tiết diện tồn phần, bao gồm q trình neutron bị hấp thụ bị tán xạ khỏi nhóm xét, số neutron trình tương tác là:

b. Neutron mát rò rỉ

Sự rò rỉ thể qua số neutron khỏi phần thể tích dV khoảng thời gian dt Ta sử dụng hệ tọa độ Oxyz để tính tốn rị rỉ qua mặt phần thể tích dV

(3.11)

(3.12)

(3.14) (3.13)

(61)

Theo phương chiều x, số neutron rời khỏi phần tử dVdE khỏi mặt dydz vị trí (x,y,z) khoảng thời gian dt:

Tương tự cho số neutron cắt ngang mặt dydz vị trí (x+dx,y,z):

Tổng số neutron rời khỏi phần tử thể tích mặt dydz khoảng thời gian dt tính tổng hai biễu thức trên:

hay

Tương tự cho phương y z, tổng cho tất khả rò rỉ hướng ta được:

Theo dạng vector, biểu thức (1.20) biểu diễn sau: Hình 6: Sơ đồ minh họa dịch chuyển

neutron khỏi thể tích xét

(3.16)

(3.17)

(3.18)

(3.19)

(3.20)

(62)

Sự thay đổi mật độ neutron

Sự thay đổi mật độ neutron phần tử thể tích dVdE khoảng thời gian dt cho bởi:

3.1.3. Phương trình thơng lượng neutron

Tổng hợp kết nêu ta tìm phương trình thơng lượng neutron (phương trình bảo tồn neutron):

 Tính tốn xấp xỉ

Xấp xỉ P1 (Bell 1970)

Ta sử dụng khai triển đa thức Legendre cho thông lượng phụ thuộc vào góc khối ta được:

Sau bước biến đổi ta thu phương trình sau:

(3.22)

(3.23)

(3.24)

(63)

Với xấp xỉ P1, hai ẩn chưa biết , để giải phương trình thơng lượng neutron ta cần biến đổi đại lượng theo để phương trình giải được, để làm điều này, xấp xỉ khác cần đưa

Xét vế phải phương trình (3.7), bỏ qua được:

Điều tương đương với thay đổi mật độ dòng nhỏ nhiều so với tần suất xảy tương tác Phương trình (1.25) trở thành:

Với giá trị trung bình góc tán xạ từ lượng E’ đến tiết diện dịch chuyển neutron:

D hệ số khuếch tán

Thông thường giá trị cho khoảng lượng quan tâm vật lý lò phản ứng lấy xấp xỉ sau:

(3.26)

(3.27)

(3.28)

(64)

3.2. Sự bảo toàn hạt nhân mẹ trình sinh neutron trễ

Bây xét đến neutron trễ tương tự phần thông lượng neutron

3.2.1. Sự sinh hạt nhân mẹ

Số hạt nhân mẹ thuộc học i sinh phần tử thể tích dV khoảng thời gian dt tích hệ số βi toàn neutron sinh phân hạch phần tử thể tích

3.2.2. Sự mát hạt nhân mẹ

Nguyên nhân dẫn đến mát hạt nhân mẹ phân rã beta Tổng số hạt nhân mẹ họ i phần tử thể tích dV thời gian dt là:

Sự thay đổi mật độ hạt nhân mẹ

Toàn thay đổi mật độ hạt nhân mẹ họ i có phần tử thể tích dV thởi gian dt là:

Tổng hợp biểu thức ta phương trình bảo toàn hạt nhân mẹ sinh neutron trễ lò phản ứng:

3.3. Kết

Tổng hợp kết thu phần ta phương trình động học khơng thời gian neutron:

(3.30)

(3.31)

(3.32)

(65)

Để đơn giản ta đặt:

Là đại lượng đặc trưng cho tương tác neutron (bao gồm tương tác, rò rỉ khỏi phần thể tích xét xuất từ phần tử thể tích khác xâm nhập vào)

Là đại lượng đặc trưng cho nguồn neutron trễ có mặt phần thể tích xét

Phương trình 3.34 viết lại sau:

3.4. Điều kiện biên

Phương trình 3.34 phương trình vừa phụ thuộc vào không gian thời gian, cần phải xác định điều kiện đầu điều kiện biên để hồn thành việc mơ tả tốn cách đầy đủ

(3.34)

(3.35)

(3.36)

(3.37)

(66)

3.4.1. Điều kiện đầu

Điều kiện đầu phương trình 3.34 là:

Hai điều kiện biên quan trọng cần xem xét điều kiện mặt tiếp xúc hai vật liệu khác vùng xét điều kiện mặt ngồi vùng thể tích xét

3.4.2. Điều kiện mặt tiếp xúc

Ta xét mặt tiếp xúc S hai vật liệu có tiết diện phản ứng khác thể hình 3.7 Để thỏa mãn điều kiện liên tục thơng lương phản ứng ta có:

Sử dụng phương trình 3.27 ta được:

Ta thấy lý thuyết khuếch tán, điều kiện liên tục mặt tiếp xúc đơn giản điều kiện đảm bảo liên tục thơng lượng ) dịng ) Đồng nghĩa

, đạo hàm thông lượng không liên tục qua mặt tiếp xúc

(3.39)

(3.40)

(3.41)

(67)

3.4.3. Điều kiện mặt (mặt tự do)

Giả sử vùng thể tích xét lồi mặt S mặt Xét trường hợp khơng có nguồn neutron nằm ngồi vùng thể tích xét neutron khỏi mặt S bay lại vào hệ

Đặt vector đơn vị pháp tuyến hướng khỏi mặt vị trí rs hình 3.8 Bất kỳ neutron qua mặt S có hướng đồng nghĩa với neutron khỏi vùng thể tích xét ngược lại

Điều kiện áp dụng cho nửa góc khối nên ta xấp xỉ sau:

Trong lý thuyết khuếch tán, ta sử dụng xấp xỉ P1 cho dòng ta được:

Phương trình 3.43 viết lại dạng tổng quát sau:

Với β hệ số albedo dương Trong trường hợp β=0, phương trình 3.44 trở lại thành phương trình 3.43 Trường hợp β=1, ta có điều kiện biên phản xạ, dùng trường hợp đối xứng để giới hạn vùng phân tích

(3.42)

(3.43)

Hình 8: Điều kiện biên mặt

(68)

Bắt đầu từ phương trình 3.43 ngoại suy tuyến tính thơng lượng với hướng khỏi vùng thể tích xét, ta nhận thấy thông lượng bị triệt tiêu khoảng cách ngoại suy theo hướng:

Chúng ta nên luuw ý thông lượng thật không 0, dù biên vật lý hay khoảng cách ngoại suy Thực tế, môi trường chân không, thông lượng luôn khác không vô cực Trong lý thuyết khuếch tán, sử dụng điều kiện biên dạng có hệ số albedo (phương trình 3.44) hay dạng khoảng cách ngoại suy (phương trình 3.45) vùng thể tích xét cách vài khoảng dịch chuyển tự so với nguồn neutron

3.5. Trạng thái dừng tới hạn

Đầu tiên xem xét lại vai trò thành phần phương trình khuếch tán

Ở trạng thái dừng có nghĩa thơng lượng neutron không đổi theo thời gian, điều tương ứng với tốc độ sinh neutron phải xác với tốc độ neuton lò phản ứng Thật vậy, từ phương trình 2.1 sản sinh neutron (bao gồm neutron tức thời, neutron trễ neutron từ nguồn ngồi) vị trí r lớn so với số neutron (bởi hấp thụ rò rỉ), mật độ neutron có lượng E gần vị trí r tăng lên Bằng việc tính tổng tất lượng tồn thể tích, ta đánh giá số neutron tồn phần (tốc độ phản ứng phân hạch cơng suất lị) tăng giảm Vì vậy, trạng thái dừng nhấn mạnh cân neutron phải thoả điểm xét

Giả sử khơng có mặt nguồn neutron ngồi lị phản ứng (Sexternal =0) trạng thái dừng tồn khả thi Ta có:

(3.45)

(3.46)

(69)

Do khơng có mặt nguồn ngồi, phương trình 2.1 viết lại sau:

Trong đó:

Xét phương trình bảo toàn hạt nhân mẹ trạng thái dừng, phương trình 3.33 trở thành:

Thay vào phương trình 3.51 ta được:

Để đơn giản cho việc ký hiệu, ta lược bỏ “0” ký hiệu phía độc lập thời gian đại lượng Ta tổng hợp phần sinh neutron tức thời phản ứng phân hạch neutron trễ phân rã hạt nhân mẹ thành:

(3.48)

(3.49)

(3.50)

(3.51)

(3.52)

(70)

Với ( ) phổ tổng:

Ta viết lại phương trình 3.48:

Phương trình 3.56 phát biểu lời sau : Khi lò trạng thái dừng khơng có mặt nguồn ngồi, số neutron sinh điểm lị phải xác với số neutron đi, bao gồm thất thoát khỏi điểm xét khỏi vùng hoạt Trạng thái gọi trạng thái tới hạn lị

Tùy vào trường hợp, lị có trạng thái tới hạn số neutron sinh lớn số neutron lị có trạng thái tới hạn số neutron sinh nhỏ số neutron

Về mặt toán học, phương trình khuếch tán khơng phụ thuộc thời gian 3.56 phương trình đồng có nghiệm , trừ lị tới hạn, có nghĩa tính chất thỏa điều kiện cận neutron

Xét toán tử F M, dễ dàng nhận thấy:

Với a số

(3.54)

(3.55)

(71)

Do M F tốn tử tuyến tính, điều kiện tới hạn bắt buộc rời rạc hóa ma trận với định thức Sự tuyến tính tốn tử nhấn mạnh thơng lượng neutron lò lò tới hạn giá trị tùy ý Tuy không phụ thuộc vào độ lớn thông lượng lị cần phải giải phương trình khuếch tán tính tốn phân bố thơng lượng để xác định tới hạn

Bây ta xét trường hợp có mặt nguồn ngồi giả sử trạng thái dừng diễn lò phản ứng Với thơng lượng lúc lị đạt trạng thái dừng, phương trình 3.56 trở thành:

Phương trình 3.57 dẫn đến hai phát biểu sau:

 Khi lị trạng thái dừng có mặt nguồn ngồi, lị phải trạng thái tới hạn để đảm bảo an tồn Nói cách khác số neutron sinh phân hạch phải nhỏ số neutron đi, nguồn neutron ngồi bù đáp xác chệnh lệch

 Thơng lượng neutron lúc khơng cịn tùy ý nữa, trái ngược hồn tồn với trạng thái tới hạn lị khơng có mặt nguồn neutron ngồi Trong lị phản ứng đạt trạng thái tới hạn, độ lớn thông lượng neutron tỷ lệ với cường độ nguồn neutron tác động đến phân bố thơng lượng lị

Trạng thái dừng khả dụng lò thỏa hai điều kiện sau : khơng có nguồn neutron ngồi lị lị đạt trạng thái tới hạn có nguồn neutron ngồi lò lò trạng thái tới hạn Trái lại, lò trạng thái tới hạn, thơng lượng neutron tăng đột biến dù có khơng có mặt nguồn neutron ngồi Và lị trạng thái tới hạn khơng có mặt nguồn neutron ngồi, phần chênh lệch số neutron sinh số neutron không bù đáp dẫn đến việc giảm triệt tiêu thơng lượng neutron

Các lị phản ứng thương mại thơng thường khơng sử dụng nguồn neutron ngồi q trình hoạt động bình thường, lị thường đạt trạng thái tới hạn

Bây xét tốn cụ thể cho lị phản ứng thật, khơng có mặt nguồn neutron ngồi Lị phản ứng xét có đặc trưng phụ thuộc vào tiết diện phản ứng, Chúng ta biết trước điều kiện tới hạn có thỏa hay khơng trừ giải phương trình 3.56 Việc giải tốn không phụ thuộc theo

(72)

thời gian từ phương trình 3.56 đồng nghĩa với việc giả sử thơng số vật lý lị cho phép lị đạt tới hạn

 Hệ số nhân hiệu dụng

Để đảm bảo ta giải phương trình 3.56 thực tế, ta đưa thơng số, = 1/ , gọi trị riêng dùng hệ số nhân cho nguồn neutron phân hạch Nhằm mục đích làm lị đạt trạng thái tới hạn, ta cần thay đổi giá trị (thay đổi trạng thái cân neutron) Nói cách khác, việc điều chỉnh thông số đồng nghĩa với việc thay đổi số neutron phát phản ứng phân hạch số neutron sinh cân với số neutron Vì ln ln tồn nghiệm dương cho Từ phương trình 3.56 viết lại sau:

hay

Ta phát biểu hệ số k sau:

Hệ số k đại lượng quan trọng vật lý lò phản ứng, hay gọi hệ số nhân hiệu dụng keff

Quá trình vật lý diễn lị phản ứng hình dung trình sinh neutron từ phản ứng phân hạch qua hệ Hệ số nhân hiệu dụng keff đưa tỉ số tổng số neutron hai hệ liên tiếp Ta dễ dàng đánh giá việc tới hạn lị cách tính trị riêng 1/k so sánh với 1.0 Sự chênh lệch 1/k 1.0 gọi độ phản ứng tĩnh, ρS:

Độ phản ứng tĩnh thước đo điều chỉnh mà cho phép lị đạt tới hạn (ví dụ chế điều khiển)

(3.58)

(3.59)

(73)

Ta xét chu kỳ sống neutron lị phản để dễ dàng hiểu tầm quan trọng hệ số nhân hiệu dụng Giả sử ban đầu có n1 neutron lị phản ứng nhiệt, chu kỳ sống neutron cho hình 3.9 Ta nhận thấy sau chu kỳ số neutron tăng lên keff lần

3.6. Lý thuyết nhóm

Xem xét neutron lị phản ứng đơn năng, ta biểu diễn thay đổi thơng lượng neutron đơn giản theo tốn học chênh lệch số neutron sinh (do phản ứng phân hạch) số neutron (do bị hấp thụ rị rỉ khỏi thể tích xét)

Ta viết lại phương trình khuếch tán neutron cụ thể sau:

Với , , đại lượng đại diện

cho sinh neutron, neutron bị hấp thụ neutron khỏi thể tích xét

Hình 9: Chu kỳ sống neutron lò phản ứng nhiệt

(74)

Trong trường hợp hệ số khuếch tán D đồng không phụ thuộc theo vị trí lị phản ứng phương trình 3.46 viết:

Ở trường hợp tới hạn, phương trình thơng lượng neutron là:

Với L2 diện tích khuếch tán:

với

Giả sử lị có hỗn hợp đồng nhiên liệu chất làm chậm nên ta bỏ qua phụ thuộc tiết diện phản ứng vào vị trí, phương trình 3.65 đươc viết lại sau:

Đối với lý thuyết nhóm neutron, phần tử nguồn viết lại theo dạng phụ thuộc vào tiết diện hấp thụ nhiên liệu Gọi ΣaF tiết diện hấp thụ nhóm nhiên liệu, η số neutron phân hạch trung bình phát neutron bị hấp thụ nhiên liệu phần tử nguồn S viết lại sau:

Ta biến đổi hệ thức 3.66 để nguồn phụ thuộc vào tiết diện hấp thụ hỗn hợp đồng nhất:

(3.62)

(3.63)

(3.64)

(3.65)

(3.66)

(75)

Trong

Được gọi hệ số sử dụng nhiên liệu, hệ số f với tỷ số số neutron hấp thụ nhiên liệu số neutron bị hấp thụ toàn hỗn hợp

Xét trường hợp lị phản ứng có kích thước vơ hạn để ta lược bỏ phần tử đóng góp vào mát neutron rị rỉ Trong trường hợp này, tất neutron bị hấp thụ lị thơng lượng giống vị trí Số phản ứng phân hạch xảy chu kỳ phụ thuộc vào số neutron sinh chu kỳ (phụ thuộc vào ν) Do tất neutron sinh phải bị hấp thụ hoàn toàn hệ nên số neutron sinh với số neutron bị hấp thụ có giá trị Σaϕ Trong số neutron hấp thụ có hấp thụ nhiên liệu sinh neutron cho chu kỳ Vì vậy, hấp thụ chu kỳ dẫn đến hấp thụ neutron chu kỳ

Như đề cập phần trước, hệ số nhân k định nghĩa tỷ số tổng số neutron sinh chu kỳ số neutron chu kỳ Trong trường hợp lị vơ hạn, ta có:

gọi hệ số nhân vơ hạn

hoản tồn giống cho lị vơ hạn có thành phần giống η f hệ số phụ thuộc vào đặc trưng vật liệu lị Phương trình 3.68 viết lại sau:

(3.68)

(3.69)

(3.70)

(76)

Thay vào phương trình 3.67 ta được:

Với B2 gọi hệ số buckling có giá trị:

Lưu ý hệ số k =1 lò tới hạn Hệ số buckling cho biết độ cong hình dạng phân bố thơng lượng neutron theo vị trí

Phương trình 3.73 gọi phương trình khuếch tán neutron nhóm trạng tới hạn

 Ứng dụng phương trình nhóm

Phương trình nhóm neutron lị phản ứng áp dụng để tính thơng lượng neutron lị phản ứng với nhiều dạng hình học khác

Áp dụng đến loại lị hình trụ hữu hạn (dạng lị OPR 1000) có bán kính R chiều cao H

Do thông lượng phụ thuộc vào bán kính r vào chiều cao z nên phương trình lị phản ứng trạng thái tới hạn trở thành:

(3.72)

(3.73)

(77)

Điều kiện biên cho phương trình 3.74:

Để giải phương trình 3.74 ta đặt:

Thay lại vào phương trình 3.74 được:

Ta đặt:

Nghiệm phương trình 3.79 với điều kiện biên z=± H/2 là:

Tương tự cho phương trình 3.78

Với Jo hàm Bessel tra bảng (Phụ lục 1)

(3.74)

(3.75)

(3.76)

(3.77)

(3.80) (3.78)

(3.79)

(3.81)

(78)

Cuối ta tìm phương trình thơng lượng hệ số buckling cho lị trần hình trụ hữu hạn:

Hằng số A phương trình 3.83 xác định độ lớn thơng lượng neutron ẩn số Lý hệ số A chưa xác định độ lớn thông lượng phụ thuộc vào công suất hoạt động lị Vì để tìm A, ta cần tính cơng suất lị Cơng suất lị tính cách lấy tích phân tích tiết diện phân hạch vĩ mơ thơng lượng tồn thể tích xét lấy kết nhân với hệ số chuyển đổi lượng

Trong hệ số chuyển đổi tính sau:

Thay phương trình thơng lượng phương trình 3.83 vào phương trình phương trình (3.84) tính tích phân ta được:

Thay kết vừa tìm vào lại phương trình 3.83 ta có:

(3.83)

(3.84)

(79)

3.7. Động học lò phản ứng

Hiểu biết cặn kẽ phân bố công suất lò quan trọng người vận hành người thiết kế lò phản ứng Trong chương trước ta thảo luận cách xác định phân bố cơng suất lị trạng thái dừng với thơng số hình học cho trước việc giải phương trình (phụ thuộc lượng hay phương trình nhiều nhóm) khuếch tán phụ thuộc thời gian (phương trình động học khơng thời gian) neutron lị

Khi nhiễu loạn xảy thay đổi thuộc tính vật lý lị, trạng thái dừng bị phá vỡ, thay đổi thơng lượng neutron tính dựa phương trình khuếch tán Thơng thường nhiễu loạn khơng đồng tồn khơng gian lị phản ứng Do độ dài di cư neutron (quãng đường dịch chuyển tự do) neutron lớn vịng đời trung bình ngắn, ảnh hưởng nhiễu loạn cục truyền cách nhanh chóng Trong nhiều trường hợp, dộ dài khuếch tán lớn nhiễu loạn không mạnh, tái điều chỉnh mức độ nhẹ hình dạng thơng lượng xảy tích tắc Sau thơng lượng tổng bị thay đổi tăng giảm phụ thuộc vào ảnh hưởng nhiễu loạn làm tăng giảm keff Trong trường hợp vậy, thay đổi hình dạng thông lượng nhỏ không đáng kể, người vận hành dự đốn xác thay đổi công suất tổng hàm phụ thuộc vào thay đổi nhiễu loạn mang lại Phương pháp gọi xấp xỉ động học điểm Trong chương ta tập trung chủ yếu vào vấn đề

Ta tìm phương trình động học điểm thơng qua việc lượng tử hóa cho phương trình khuếch tán Phương trình khuếch tán bao gồm hai thành phần, thể cho cường độ thể hình dạng thơng lượng Phương trình động học điểm phương trình cho phép người vận hành tính tốn cường độ thông lượng

Trong chương trước, trạng thái dừng xảy hai trường hợp: lò phản ứng tới hạn gần tới hạn (khi có nguồn ngồi) Chương tập trung phân tích hai điều kiện tách biệt với dạng tích phân

3.7.1. Công thức chung ứng dụng phương trình động học điểm

(80)

Với

Nguồn neutron trễ phân bố vùng nhiên liệu sinh hạt nhân mẹ nhóm phản ứng phân hạch nhiên liệu Ta nhắc lại phương trình cân hạt nhân mẹ:

Phương pháp thường áp dụng nhiên khó khăn việc tìm thơng số Mặc dù vậy, nhiều tính chất động học lị phản ứng rút từ phương trình động học

a. Phân tích số hạng phân lượng neutron

Ý tưởng phương trình động học tách thông lượng thành hai số hạng riêng biệt Số hạng thứ hàm hình dạng thơng lượng phụ thuộc vào không gian thời gian.Số hạng thứ hai phụ thuộc vào thời gian ám cho cường độ

Do hình dạng thơng lượng khơng biến đổi nhanh cường độ nên ta viết lại thông lượng sau:

dưới dạng nhiều nhóm,phương trình 3.86 viết lại sau:

(81)

Lưu ý trình lượng tử hóa tổng qt

Do thơng lượng điểm không đồng nên ta nhân thêm hàm trọng số tùy ý phụ thuộc theo không gian lượng vào phương trình khuếch tán, ta được:

Lưu ý ta lược bỏ số ký hiệu để đơn giản Mà ta lại có:

Thay lại vào phương trình ta được:

Với:

Dưới dạng nhiều nhóm, hàm trọng số viết sau:

Do ta chọn tùy ý hàm , ta sử dụng hàm trọng số thỏa chuẩn hóa, ta có:

(3.87)

(3.88)

(3.89)

(3.90)

(3.91)

(82)

Lưu ý hàm thể tổng số neutron lò phản ứng theo cách đó, nhiên lại phụ thuộc vào hàm trọng số Khi ta giới hạn cho hàm

khơng bị phụ thuộc vào thời gian, hàm hình dạng thay đổi theo thời gian tích phân lại khơng phụ thuộc vào thời gian nên số hạng phương trình 3.89 Vậy ta viết lại phương trình 3.89 với giả sử khơng có nguồn ngồi lị sau:

Ta xét phương trình bảo tồn hạt nhân mẹ nhân hai vế cho :

Ta định nghĩa biểu thức sau:

Với gọi thời gian hệ neutron nhanh

Với định nghĩa này, phương trình 3.92 3.93 viết lại:

b. Ứng dụng phương trình động học điểm

Để có nhìn cụ thể phương trình động học điểm ta xét trường (3.93)

(3.94)

(3.95)

(3.96)

(3.97)

(3.98)

(83)

Xét lị phản ứng khơng có mặt nguồn ngồi thử với nghiệm có dạng:

Thay phương trình 3.102 vào phương trình 3.103 ta được:

Thay phương trình 3.102, 3.103 3.104 vào phương trình 3.94 nhận được:

Từ giải :

Ta biến đổi phương trình 3.105 để tìm độ phản ứng :

(3.100)

(3.101)

(3.102)

(3.103)

(3.104)

(3.105)

(84)

Theo phương trình 3.95

Nên:

Mà ta lại có:

Với thời gian sống neutron nhanh, định nghĩa phương trình sau:

Từ ta tính theo biểu thức:

Với D = tương ứng với nhóm neutron trễ phương trình 3.104 trở thành phương trình đại số bậc theo ω hay cịn gọi phương trình nghịch đảo Theo định nghĩa phương trình nghịch đảo lượng phóng xạ cần thiết để gia tăng lò phản ứng trạng thái tới hạn đến lúc mà công suất tăng e lần giờ)

Có nghiệm phương trình 3.104 tương ứng với giá trị với:

(3.107)

(3.108)

(85)

Khi ,ω có nghiệm dương vào nghiệm âm(ω0 > 0, ωi < với i chạy từ tới 6)

Khi , ω có nghiệm âm (ωi < với i chạy từ tới 6) Nghiệm phương trình thể hình 3.11

Do đó, lời giải cho phương trình động học điểm cho sau:

Ta xét trường hợp thời gian trôi qua ngắn, số hạng từ thứ hai trở gần bỏ qua, xét phương trình 3.110 nhận được:

Trong trường hợp ta đưa định nghĩa chu kỳ lò phản ứng:

là khoảng thời gian cần thiết để làm tăng số neutron cơng suất lị lên e lần Hình 11: Nghiệm phương trình nghịch đảo

(3.110)

(3.111)

(86)

Trường hợp , lò đạt trạng thái tới hạn

Trường hợp lị tiến tới trạng thái siêu tới hạn nhanh Trường hợp theo hình 3.11

Bây ta xem xét so sánh trường hợp với hệ số để phân tích chu kỳ lị phản ứng

 Nếu độ phản ứng dương nhỏ ) thêm vào lò phản ứng, giá trị khơng đáng kể so với , ta viết lại phương trình 3.104 sau:

Từ ta tính chu kỳ lị trường hợp này:

Ở đây, thời gian sống trung bình neutron bao gồm neutron trễ, việc xác định chu kỳ lò phản ứng phụ thuộc hồn tồn vào thời gian sống trung bình neutron

 Nếu độ phản ứng dương lớn thêm vào , phương trình 3.114 trở thành

Ta tính đến chu kỳ lị trường hợp này:

(3.113)

(3.114)

(3.115)

(3.116)

(87)

Trong công thức 3.114 áp dụng ba tính tốn xấp xỉ ,

Trong trường hợp chu kỳ lị phụ thuộc vào thời gian sống neutron nhanh mà không bị ảnh hưởng neutron trễ Điều nguy hiểm

Tầm quan trọng neutron trễ việc điều khiển lò phản ứng

Ta xét ví dụ đơn giản, theo ta định nghĩa phần trước chu kỳ sống lị, ta có

Theo lý thuyết, cơng suất lò tăng nhanh theo gia tăng neutron tức thời khơng có thiệp yếu tố gây độ phản ứng âm hồn tồn khơng thể kiểm sốt Giả sử khơng có mặt neutron trễ lò phản ứng làm chậm nước, thời gian sống neutron tức thời (l) 0.001 giây, với

thì sau sau giây cơng suất lị là:

Vậy sau giây công suất lò tăng lên e5 lần (148 lần), điều dẫn đến việc kiểm sốt lị phản ứng

Bây ta xét trường hợp có mặt neutron trễ thời gian sống neutron trung bình kéo dài (l) vào khoảng 0.1 giây, sau giây ta có:

Trong trường hợp này, người vận hành dễ dàng kiểm sốt cơng suất lị

(88)

3.7.2. Một nhóm xấp xỉ notron trễ

Nếu tất notron trễ xấp xỉ nhóm, phương trình động học điểm đơn giản hóa vào phương trình đồng thời hai thứ nguyên (3.92) (3.93)

và

ở đây, lại xấp xỉ theo sau dung cho số phân rã trung bình

Phương trình (3.106) loại phương trình nghịch đảo đơn giản hóa sau:

Khi ω nhỏ (3.99) trở thành:

Từ đó, suy

Giá trị λ tính theo cách cho bảng số số nhiên liệu hạt nhân U233 U235, P239 Phương trình nghịch đảo trở thành phương trình bậc hai [5] [9]

(3.119)

( )

= [ (1 − )] ( ) + ( )

( )

= ( ) − ( ) (3.120)

= (3.121)

r = L +

+ (3.122)

r = L + (3.123)

1

(89)

Giải phương trình (3.110):  = (β -  + λL)2 +4  λL có nghiệm

Mà L 10=3 s; λ 0.08 s-1 , trường hợp bất kì, thấy

 - β  10-2 , ta có (β -  + λL)2 >>  λL Từ (3.126) viết xấp xỉ:

Hay

= r

− r + L = −

− r + L

2L +

2r L

( − r + L)

Suy

Một lần bỏ qua λL so với (β - ) miễn chúng khơng q gần đến tới hạn nhanh,

⎩ ⎪ ⎨ ⎪

⎧ = r

− r

= − − r

L

Do đó, lời giải tổng quát phương trình động học trở thành

Đối với lị phản ứng tới hạn t=0 đưa vào độ phản ứng dạng bước xảy ra, người ta phải đặt điều kiện ban đầu theo sau

L ω2 + (β - r + L) ω - r λ =0 (3.125)

± = −

− r + L

2L ∓ +

4r L

( − r + L)

(3.126)

± = −

− r + L

2L ∓ +

2r L

( − r + L) (3.127)

= − − r + L

L

(3.128)

( ) =

r

(90)

Điều kiện kéo theo từ (3.124), n(t) C(t) phải liên tục t=0 Giá trị trạng thái dừng CI cho t0 < kéo theo từ (3.124) việc đạo hàm zero để được:

Khi đó:

Mà

r

− r −

− r

L =

r

L + =

Nên

r

− r − ( − )

− r

L =

r L

Suy

r

− r +

− r

L = L

Khi

=

− r

Suy

= − r

− r

Cho nên [6]

( )

= r

− r

r

r − − r

L

r

L (3.131)

n(0) =n0 = A1 +A2

→ = r L (3.129) = L (3.130) ( ) = r

(91)

Hình 12: Sự phân tán bước nhảy

Thời gian hệ notron L ngắn, số hạng thứ hai (3.116) giảm nhanh Sau đưa vào độ phản ứng công suất gia tăng dần số hạng thứ

Khi  >0, phân tích xấp xỉ bước nhảy nhanh có tương tự với phương trình động học lị phản ứng bản:

Ở khơng có bước trước tăng hàm mũ thời gian sống notron nhanh l biến đổi bao hàm notron trễ tăng hàm mũ biên độ thích hợp nhân Thời gian sống notron trung bình nhận cách đặt số mũ số khác

Do đó, xấp xỉ thời gian sống notron trung bình nhận Pt = P0 

Áp dụng số = 0.0065; r=0.5 mk; λ =0.1s-1

Nó đặc trưng hàm mũ tăng chậm, chu kì lò phản ứng lúc  = 

  120s

= rƖ ; r = keff -Ɩ

r

Ɩ =

r

− r ; Ɩ =

(92)

Khi  <0, mật độ phản ứng âm đưa vào lõi lị phản ứng, cơng suất bị giảm đột ngột, số hạng thứ có vai trò quan trọng, hệ thống giảm xuống nhanh Sự giảm xuống nhanh

|| < <

Chu kì lị phản ứng  xác định là:

Vậy  trở nên âm, số mũ phương trình thay đổi từ đặc tính hành vi gia tăng ( cố mũ dương) đến đặc tính hành vi tắt dần ( số mũ âm), giảm xuống nhanh kéo theo chu kì âm bền vững

Đối với trường hợp việc đưa vào độ phản ứng âm lớn, dùng cho trường hợp dập lò phản ứng  << -

Chu kì  trở thành  = 

 = -  <<

-Chu kì lị phản ứng bền vững xác định số phân rã tiền tố notron trễ Nó xác định nhóm sống dài tiền tố

Sự thay đổi nhanh từ n0 đến



 n0 tức sau đưa vào độ phản ứng gọi “ bước nhảy nhanh” Mơ hình nhóm notron trễ có xấp xỉ thích hợp cho gia tăng

3.7.3. Sự xấp xỉ với tốc độ hệ neutron trễ không đổi

Bây giờ, trường hợp xét độ phản ứng thay đổi bước khôn ngoan từ đến Nó giả định tốc độ sản sinh neutron trễ số tức sau thay đổi độ phản ứng (bên xấp xỉ giây)

Với xấp xỉ này, phương trình động học lị phản ứng điểm viết sau:

t= −r

r = −

+ |r|

|r| ế <

( ) = (0)

= −

Λ ( ) + (0) = 1~6, = (3.133)

(93)

Nếu (0) khử từ phương trình này, phương trình vi phân cấp theo nhận:

Lời giải phương trình 3.135 cho:

Khi thời gian hệ neutron nhanh Λ ngắn, số hạng tắt dần nhanh chóng với thời gian, ( ) tiến vi tiệm cận đến Như kể xấp xỉ tốc độ sản sinh neutron trễ không đổi thích hợp để mơ tả hành vi thay đổi công suất nhanh (bước nhảy nhanh) cách tức thời sau đưa vào độ phản ứng

3.7.4. Sự xấp xỉ bước nhảy nhanh

Khi thời gian trôi qua sau đưa vào độ phản ứng , hầu hết thay đổi lối bị ảnh hưởng tiền tố neutron trễ ( )=

Với xấp xỉ này, phương trình động lực học lị phản ứng điểm sau

Nếu neutron trễ giả định nhóm khử, kết là:

= −

Λ ( ) +Λ (3.135)

( ) = +

− − (3.136)

0 = ( ) −

Λ ( ) + ( ) = 1~6, = (3.137)

( ) =

Λ ( ) − ( ) (3.138)

0 = ( ) −

Λ ( ) + ( )

( ) =

Λ ( ) − ( )

( ) = − ( ) −

(94)

Và lời giải là:

Nếu ( ) = thì:

Như xấp xỉ tốc độ sản sinh neutron trễ không đổi, công suất thay đổi nhanh từ đến bước nhảy nhanh tức sau đưa vào độ phản ứng

Nếu phương trình 3.140 , đưa đến kết quả:

Và khớp với số hạng phương trình 3.135 mà nhận không

− ( ) − Λ ( ) =Λ ( ) + ( ) − Λ ( ) ( ) − Λ ( ) +Λ ( ) + ( ) −

Λ ( ) =

( )

Λ ( ) +

( ) −

Λ +Λ ( ) +

( ) −

Λ ( ) =

( )

( ) + ( ( ) − ) + ( ) + ( ) ( ) − ( ) =

( ( ) − ) + ( )+ ( ) ( ) =

(95)

Sự thay đổi công suất nhanh bước nhảy nhanh tổng quát biểu thị sau lò phản ứng tới hạn hay độ phản ứng âm đưa vào:

Ở số trạng thái trước sau đưa vào độ phản ứng

3.7.5. Bước tăng tức thời

Trong thực tế, quan trọng biết mật độ notron tăng hay giảm đến mức Điều đánh giá cách dễ dàng cách giả thiết mật độ tiền tố không thay đổi độ phản ứng thay đổi Hơn nữa, hàm điều hịa nhanh chóng suy giảm nên cần xem xét đáp ứng

Xét thay đổi bước độ phản ứng từ trạng thái cân trước thay đổi, phương trình động học lị điểm trạng thái cân là:

r−

L (0) + (0) =

Suy

∑ (0) = − r

L (0)

Đây giá trị số hạng tổng trạng thái cân trước đưa vào độ phản ứng

Sau đưa vào độ phản ứng, thông lượng notron thay đổi nhanh tiền tố phát notron trễ phải thời gian sau Vì ta giả thiết số hạng trễ ∑ λ iCi (t) không thay đổi, ta có:

Lời giải (3.142) cho:

= −

− (3.141)

( )

= r−

L ( ) −

−

L (3.142)

(3.143)

( ) = (0) rL + r −

− (0) −

(96)

Khi  < β hai hàm mũ giảm theo thời gian với chu kì

t = L

r − =

−

Do đó, hàm mũ giảm nhanh ta có:

( ) = r −

r− (0)

Nếu > 0 > 0, ta có:

Mật độ notron nhảy đến mức nhanh Chú ý bước nhayrtuwcs thời liên quan đến thành phần tắt nhanh lời giải thành phần tắt thơng lượng trì mức dưới, sau thành phần với ω= làm cho mức mật độ notron tăng theo hàm mũ Bước nhảy nhanh tới mức thông lượng gọi “bước tăng tức thời”

Nếu < 0 =0, ta có:

Suy r= −

( ) : xấp xỉ thường dùng để đo độ phản ứng

âm gọi phương pháp thả rơi nhanh

3.7.6. Phương pháp thả rơi điều khiển

Phương pháp rơi điều khiển dùng để xác định toàn độ phản ứng điều khiển đơn hay xác định độ phản ứng vài điều khiển Khi lò phản ứng hoạt động với lối khơng đổi thêm độ phản ứng âm – việc đưa vào điều khiển Lối lò phản ứng giảm tức bước nhảy nhanh Rồi lối giảm dần phân rã tiền tố neutron trễ ( Hình 3.13)

Nếu lối ban đầu lối mà giảm bước nhảy nhanh

(0), theo sau nhận phương trình 3.146

( )

(0) =

r −

r− > (3.144)

( )

(0) = −r (3.145)

(0)

(97)

Chúng ta tính ( )bằng việc ngoại suy thay đổi thởi gian việc đếm đến t=0

Để đo lường độ phản ứng kỹ thuật rơi điều khiển, đo lường sư rơi lối lò phản ứng sau rơi điều khiển khắp thời gian dùng ống đếm neutron đa kênh, xác định giá trị tích phân nó, xác định độ phản ứng dùng phương trình 3.147

Độ xác kỹ thuật cao kỹ thuật mà xác định ngoại suy

Chúng ta cần giữ lò phản ứng trạng thái tới hạn trước đưa vào điều khiển tiền tố neutron trễ đạt tới trạng thái cân bằng, điều cho kỹ thuật chu kỳ Hình 3.14 3.15 độ phản ứng tương đương cho chiều dài đơn vị điều khiển thay đổi độ phản ứng tương đương lấy khỏi lượng điều khiển

Hình 13: Phương pháp thả rơi - Lối giảm dần phân rã tiền tố neutron trễ

=

(98)

Độ phản ứng tương đương cho chiều dài đơn vị trở nên giá trị cực đại điều khiển hữu tâm lõi Khi tích phân đường cong tích phân (b) nhận

Hình 15: Sự biến thiên độ phản ứng lượng mà điều khiển được kéo khỏi (đường cong tích phân)

-299 -249 -199 -149 -99 -49

8 58 108 158 208 258 308 358

Độ ph ả n ứ ng (p cm )

Vị trí điều khiển (cm)

-0.1 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3

8 58 108 158 208 258 308 358

Δ x/ Δ ρ (pc m /c m)

Vị trí điều khiển (cm)

(99)

Chương – THỰC NGHIỆM CHUẨN HĨA NHĨM THANH AN TỒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THẢ RƠI THANH TRÊN HỆ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG COSI OPR 1000

Nội dung chính:

 Thực chuẩn hóa nhóm an tồn SA, SB phương pháp thả rơi So sánh độ mạnh, yếu độ phản ứng nhóm SA, SB  Thực thực nghiệm xác định trạng thái lị phản ứng rút nhóm

thanh SA, SB trạng thái tới hạn có nồng độ Boron 1074 ppm Sau so sánh kết thực nghiệm phương pháp rút phương pháp thả rơi

4.1 Thí nghiệm chuẩn hóa nhóm an toàn SA, SB phương pháp thả rơi thanh

4.1.1. Nhóm SA

a. Chuẩn hóa nhóm SA vị trí 8cm

Các thông số ban đầu [Power(W); Boron (ppm); Temperature (oC); Reactivity (pcm):

 Power= 2.8225E-05

 Boron=1074

 T= 295.80

 Reactivity= 0.9

 Số đếm neutron= 5518.39 neutron/s

 Thông lượng neutron trễ LPU OPR 1000 β=0.00713049

 Thiết lập mức công suất cảnh báo 0.01, nồng độ boron=1074 ppm

 Thiết lập vị trí nhóm SA ví trí 8cm, nhóm điều khiển cịn lại vị trí 381cm Sao chọn RUN

Các thông số sau thả rơi vị trí 8cm:

 Power= 9.4569E-08

 Boron=1074

 T= 295.80

 Reactivity= -1613.65

(100)

Sự thay đổi độ phản ứng rút SA vị trí 8cm:

= − = −2.8225E − 05

9.4569E − 08 × 0.00713049 = −2.1210307

b. Chuẩn hóa nhóm SA vị trí 50cm

Các thơng số ban đầu [Power(W); Boron (ppm); Temperature (oC); Reactivity (pcm):

 Power= 4.4635E-05

 Boron=1074

 T= 295.80

 Reactivity= 0.89

y = -2E-10x + 9E-08 R² = 0.9979 3E-08

-40 10 60 110 160 210 260 310

P

ow

er

(W)

Time (S)

Đồ thị thả rơi nhóm SA vị trí 8cm

(101)

 Power= 1.56414E-07

 Boron=1074

 T= 295.80

= − = − 4.4635E − 05

1.56414E − 07 × 0.00713049 = −2.027658

c. Chuẩn hóa nhóm SA vị trí 98cm

 Power = 4.4995E-05

 Boron =1074

 T= 295.80

 Reactivity = 0.89

y = -4E-10x + 2E-07 R² = 0.9953

3E-08 0.00003

0 50 100 150 200 250 300 350

Power

(w

)

Time (S)

(102)

 Số đếm neutron = 8845.1 neutron/s

Các thơng số sau thả rơi vị trí 98cm:

 Power = 1.9039E-07

 Boron =1074

 T= 295.80

 Reactivity = -1271.01

ρ = −n

n β = −

4.4995E − 05

1.9039E − 07 × 0.00713049 = −1.67806

y = -5E-10x + 2E-07 R² = 0.9976

3E-08 0.00003

0 50 100 150 200 250 300 350

P

ow

er

(W

)

Time (S)

(103)

d. Chuẩn hóa nhóm SA vị trí 200cm

 Power = 4.4714E-05

 Boron=1074

 T = 295.80

 Reactivity = 0.89

 Power = 4.94868E-07

 Boron=1074

 T= 295.80

y = -1E-09x + 5E-07 R² = 0.9985

1E-07

0 50 100 150 200 250 300 350 400

P

ow

er

(W

)

Time (S)

(104)

ρ = −n

n β = −

4.4714E − 05

4.94868E − 07 × 0.00713049 = −0.637152

e. Chuẩn hóa nhóm SA vị trí 300cm

 Power= 4.40262E-05

 Boron=1074

 T= 295.80

 Power = 2.02841E-06

 Boron=1074

 T= 295.80

y = -3E-09x + 2E-06 R² = 0.9991

0.0000005

0 100 200 300 400 500 600

Power

(W)

Time (S)

(105)

ρ = −n

n β = −

4.40262E − 05

2.02841E − 06 × 0.00713049 = −0.14763524

4.1.2. Nhóm SB

a. Chuẩn hóa nhóm SB vị trí 8cm

 Power= 3.5429E-05

 Boron=1074

 T= 295.80

 Thiết lập vị trí nhóm SB ví trí 8cm, nhóm điều khiển cịn lại vị trí 381cm Sao chọn RUN

 Power= 2.38966E-08

 Boron=1074

 T= 295.80

(106)

Sự thay đổi độ phản ứng rút SB vị trí 8cm:

ρ = −n

n β = −

3.5429E − 05

2.38966E − 08 × 0.00713049 = −10.5645075

b. Chuẩn hóa nhóm SB vị trí 50cm

 Power= 5.2401E-05

 Boron=1074

 T= 295.80

y = -5E-11x + 2E-08 R² = 0.998

2E-09 0.000002

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Power

(W

)

Time (S)

Đồ thị thả rơi nhóm SB vị trí 8cm

(107)

 Power = 3.99252E-08

 Boron=1074

 T= 295.80

 Số đếm neutron= 7.780565952 neutron

= − = − 5.2401E − 05

3.99252E − 08 × 0.00713049 = −9.351472626

c. Chuẩn hóa nhóm SB vị trí 98cm

 Power= 4.4874E-05

 Boron=1074

 T= 295.80

y = -9E-11x + 4E-08 R² = 0.9971

5E-09 5E-06

0 50 100 150 200 250 300 350 400

P

owe

r

(W

)

Time (S)

(108)

 Power = 5.7502E-08

 Boron=1074

 T= 295.80

ρ = −n

n β = −

4.4874E − 05

5.7502E − 08 × 0.00713049 = −5.557448959

d. Chuẩn hóa nhóm SB vị trí 200cm

y = -1E-10x + 6E-08 R² = 0.9966

1E-08 0.00001

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Power

(W)

Time (S)

(109)

 Power= 4.5411E-05

 Boron=1074

 T= 295.80

 Power= 2.97561E-07

 Boron=1074

 T= 295.80

y = -6E-10x + 3E-07 R² = 0.9975 4E-08

4E-05

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Power

(W)

Time (S)

Đồ thị thả rơi nhóm SB vị trí 200 cm

(110)

ρ = −n

n β = −

4.5411E − 05

2.97561E − 07 × 0.00713049 = −1.081060902

e. Chuẩn hóa nhóm SB vị trí 300cm

 Power= 4.45795E-05

 Boron=1074

 T= 295.80

 Power =1.50655E-06

 Boron=1074

 T= 295.80

(111)

ρ = −n

n β = −

4.45795E − 05

1.50655E − 06 × 0.00713049 = −0.20386422

4.2. Thực nghiệm xác định trạng thái lò phản ứng rút nhóm SA, SB trạng thái tới hạn có nồng độ Boron 1074ppm

4.2.1. Rút nhóm SA

 Power= 0.00004236

 Boron=1074

 T= 295.80

 Rút nhóm SA với tốc độ điều khiển Rod Speed = 2cm/s

y = -2E-09x + 2E-06 R² = 0.9956

2.5E-07

0 100 200 300 400 500 600

P

ow

er

(W)

Time (S)

Đồ thị thả rơi nhóm SB vị trí 300 cm

(112)

-1599 -1399 -1199 -999 -799 -599 -399 -199

8 58 108 158 208 258 308 358 408

Đ ộ phản ứ ng (pcm )

Vị trí (cm)

ĐỒ THỊ PHỔ TÍCH PHÂN NHĨM THANH SA

0 10

8 58 108 158 208 258 308 358 408

Δρ /Δ x (pcm /c m )

Vị trí (cm)

ĐỒ THỊ PHỔ VI PHÂN NHÓM THANH SA

(113)

Sự thay đổi độ phản ứng trình rút SA:

∆ = − = 0.87 − (−1510.81) = 1511.7 ( )

=∆ =1511.7 × 10

0.00713049 = 2.120051

Bảng 1: Sự thay đổi độ phản ứng q trình rút nhóm SA

Vị trí (cm) ∆ (pcm)

8 1511.7 2.120051

50 1446.145 2.026866316

98 1197.375 1.677984262

200 454.29 0.6371091

300 106.13 0.14759154

4.2.2. Rút nhóm SB

 Power= 0.00003889

 Boron=1074

 T= 295.80

(114)

-7999 -6999 -5999 -4999 -3999 -2999 -1999 -999

8 58 108 158 208 258 308 358 408

Độ

phản

ứ

ng (pcm

)

Vị trí (cm)

ĐỒ THỊ PHỔ TÍCH PHÂN NHĨM THANH SB

0 10 20 30 40 50 60 70

8 58 108 158 208 258 308 358 408

Δρ /Δ x (pcm /c m )

Vị trí (cm)

(115)

Sự thay đổi độ phản ứng trình rút SB:

∆ = − = 0.88 − (−7530.61) = 7531.49 ( )

=∆ =7531.49 × 10

0.00713049 = 10.56237

Bảng 2: Sự thay đổi độ phản ứng q trình rút nhóm SB

Vị trí (cm) ∆ (pcm)

8 7531.49 10.56237369

50 6667.40 9.3493154

98 3959.55 5.5517433

200 770.18 1.080122

(116)

Chương – ĐÁNH GIÁ VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ

5.1. Tổng quan tình hình, mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu

Đề tài “ Chuẩn hóa nhóm an tồn phương pháp thả rơi hệ mô CoSi OPR1000” đáp ứng số vấn đề mục tiêu nghiên cứu, nhiệm vụ thực hành hệ mô CoSi OPR 1000 khoa Kỹ thuật hạt nhân, trường Đại học Đà Lạt

 Tìm hiểu rõ nguyên lý, cấu, chức năng, cách vận hành hệ thiết bị mô OPR1000

 Nắm rõ sở lý thuyết cách thực hành đo đạc, thu thập số liệu độ phản ứng thực nghiệm Từ đó, sử dụng phương pháp thả rơi để chuẩn hóa nhóm an tồn SA, SB Khảo sát độ mạnh yếu nhóm an tồn SA, SB hệ mô CoSi OPR 1000

 Qua q trình làm khóa luận này, tơi tích lũy nhiều kiến thức hệ thiết bị mô CoSi OPR 1000 qua nhiều tài liệu bảo thầy Có kinh nghiệm tiến hành thực nghiệm, tự tin vận hành, đo đạc, thu thập xử lý số liệu Sau khóa luận tơi hồn tồn tự tin việc điều khiển, vận hành tốt hệ thiết bị mô CoSi OPR 1000

5.2. Đánh giá kết nghiên cứu khóa luận

5.2.1. Khảo sát độ mạnh yếu nhóm an tồn

Bảng 1: Thống kê độ phản ứng nhóm an tồn thu dùng phương pháp thả rơi điều khiển

Vị trí (cm)

8 2.1210307 10.5645075

50 2.027658 9.351472626

98 1.67806 5.557448959

200 0.637152 1.081060902

300 0.14763524 0.20386422

(117)

thanh an tồn điều khiển) Do nhóm dùng trường hợp khẩn cấp cần dập lị phản ứng

Kết chuẩn hóa phương pháp thả rơi tương đối xác lị phản ứng OPR 1000 có hệ số = 0.00713049 Việc thu kết góp phần cung cấp thơng số xác cho lị phản ứng OPR 1000

5.2.2. So sánh với phương pháp rút điều khiển

Bảng 2: Thống kê độ phản ứng nhóm an tồn thu dùng phương pháp rút nhóm điều khiển

Vị trí (cm)

8 2.120051 10.56237369

50 2.026866316 9.3493154

98 1.677984262 5.5517433

200 0.6371091 1.080122

300 0.14759154 0.2037728

Độ phản ứng nhóm an tồn SA, SB qua phương pháp rút nhóm thể bảng 5.2 Độ phản ứng nhóm SB lớn độ phản ứng nhóm SA

So sánh độ phản ứng nhóm an toàn qua hai phương pháp thả rơi rút nhóm bảng 5.1 5.2 ta thấy số liệu cho kết xấp xỉ Tức cịn chênh lệch nhỏ Điều có nhiều nguyên nhân như: sai sót thao tác thí nghiệm, ghi nhận giá trị, sai số trình tính tốn làm trịn số… Tuy nhiên, độ phản ứng SB lớn độ phản ứng SA

(118)

(119)

KẾT LUẬN

Khóa luận ‘‘Chuẩn hóa nhóm an tồn phương pháp thả rơi hệ mơ CoSi OPR1000” khảo sát, đánh giá độ mạnh hay yếu nhóm an tồn Làm rõ tầm quan trọng nhóm an tồn tham gia vào trình vận hành, điều khiển lị phản ứng Thu đồ thị phổ tích phân, đồ thị phổ vi phân cách xác định độ thay đổi phản ứng thay đổi vị trí nhóm lị phản ứng, thu giá trị tính tốn, xử lý số liệu thực nghiệm cho nhóm hệ thiết bị mơ CoSi OPR 1000 Sự chuẩn hóa nhóm an tồn phương pháp thả rơi cho ta kết xác phương pháp khảo sát cịn lại ( phương pháp chu kỳ, phương pháp nhân nguồn neutron, phương pháp so sánh, phương pháp kéo khỏi nguồn neutron )

Đề tài bao gồm vấn đề mang tính chất sở, nguồn tư liệu thiết thực cho bạn tham khảo để quan sát thí nghiệm Kết thu từ khóa luận đóng góp vào kho tư liệu tham khảo để giúp cho sinh viên ngành Kỹ thuật hạt nhân chuyên ngành liên quan khác tham khảo áp dụng vào tính tốn, thí nghiệm khác Ngồi ra, kết thu cịn giúp có nhìn tổng quan hơn, cung cấp kiến thức hiểu biết nguyên lý, cấu trúc, q trình vận hành lị phản ứng hạt nhân OPR 1000, giúp người am hiểu lĩnh vực lượng hạt nhân

(120)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Hai, (2015), Tiếp nhận hệ thiết bị mô LPU hạt nhân, Người lao động, truy cập ngày 10 tháng 10 năm 2017, <http://nld.com.vn/giao-duc-

khoa-hoc/tiep-nhan-thiet-bimo-phong-lo-phan-ung-hat-nhan-20150310214002654.html>

[2] Jean Koclas, Neutronic Analysis of Reactors, Editions de l’ Ecole Polytechnique de Montreal, Canada, 1998

[3] Daniel Rozon, Introduction to Nuclear Reactor Kinetics, Editions de l’ Ecole Polytechnique de Montreal, Canada, 1997

[4] Saed Dababneh, Leture note: Nuclear Reactor Theory, JU, Second Semester, 2008 – 2009

[5] Dan, G C (2010), Handbook of nuclear engineering, Spinger, New York

[6] James J Duderstsdt, Louis J Hamilton Nuclear Reactor Analysis, John Wiley & Sons, USA, 1976

[7] H van Dam, T.H.J.J van der Hagen, J.E Hoogenboom, Nuclear Reactor Physics, Delft University of Technology, The Netherlands, 2005 [8] Kim,S.H (2011), Nuclear reactor system engineering,UNIST,Ulsan [9] Lamarsh, J R (1966), Introduction to nuclear reactor theory, Third

Edition, Addison Wesley Publishing, New Jersey [10] Program user manual (2014) CRI – KHNP

[11] Choi, Y.S (2014), Zero Power Physics Test by using CoSi for OPR1000, KHNP, Busan

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	4,1 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[1]. Hai, (2015), Tiếp nhận hệ thiết bị mô phỏng LPU hạt nhân, Người lao động, truy cập ngày 10 tháng 10 năm 2017, <http://nld.com.vn/giao-duc-khoa-hoc/tiep-nhan-thiet-bimo-phong-lo-phan-ung-hat-nhan-	Khác
[2]. Jean Koclas, Neutronic Analysis of Reactors, Editions de l’ Ecole Polytechnique de Montreal, Canada, 1998	Khác
[3]. Daniel Rozon, Introduction to Nuclear Reactor Kinetics, Editions de l’ Ecole Polytechnique de Montreal, Canada, 1997	Khác
[4]. Saed Dababneh, Leture note: Nuclear Reactor Theory, JU, Second Semester, 2008 – 2009	Khác
[5]. Dan, G. C. (2010), Handbook of nuclear engineering, Spinger, New York	Khác
[6]. James J. Duderstsdt, Louis J. Hamilton Nuclear Reactor Analysis, John Wiley & Sons, USA, 1976	Khác
[7]. H. van Dam, T.H.J.J. van der Hagen, J.E. Hoogenboom, Nuclear Reactor Physics, Delft University of Technology, The Netherlands, 2005	Khác
[8]. Kim,S.H. (2011), Nuclear reactor system engineering,UNIST,Ulsan	Khác
[9]. Lamarsh, J. R. (1966), Introduction to nuclear reactor theory, Third Edition, Addison Wesley Publishing, New Jersey	Khác
[11]. Choi, Y.S. (2014), Zero Power Physics Test by using CoSi for OPR1000, KHNP, Busan	Khác
[12]. Lewis, E. E. (2008), Fundamentals of Nuclear Reactor Physics, California Academic Press, San Diego	Khác